Прием радио и телесигнала в автомобиле

 

Технология беспроводной передачи сигнала позволяет передавать информацию одно­временно большому количеству людей. То же самое касается приема радиосигнала в автомо­биле во время движения. В настоящее время важность методов передачи цифрового сиг­нала возрастает. Беспроводные сегменты сети передачи сигнала также используют аналого­вые методы передачи сигнала, поэтому разница между двумя технологиями несущественна. Вот о том, как осуществляется прием радио и телесигнала в автомобиле, мы и поговорим в этой статье.

 

 

 

Беспроводная передача

 

Радио и телевизионная трансляция в автомобиле

 

Беспроводная трансляция радио и телевизи­онного сигнала используется, главным обра­зом, для передачи к наземным приемникам. В случае передачи аналогового радиосигнала, высокочастотный сигнал модулируется ау­диосигналом. Приемник конвертирует при­нятый высокочастотный сигнал в базовую частоту, а затем демодулирует его. Получае­мый после этого конечный сигнал является информационным сигналом.

В сфере телекоммуникаций распростра­нение электромагнитных волн используется для передачи информации, при которой амплитуда, фаза или частота их колебаний изменяется в зависимости от того, какая ин­формация передается. Обычно используется диапазон частот от нескольких килогерц до 100 ГГц. Некоторые из наиболее часто ис­пользуемых полос частот указаны в табл. «Обзор некоторых полос частот, используемых для радио и телевизионной трансляции». Использование полос частот регулируется законодательством (Закон о телекоммуни­кациях в Германии; 2004). План распреде­ления частот между странами основывается на международных соглашениях, указанных в Статье S5 Нормативных актов по исполь­зованию радиочастот ITU (Международный союз по телекоммуникациям).

 

 

Передача информации при помощи высокочастотных волн

 

Варьирование высокочастотного сигнала, ис­пользуемое для передачи полезного сигнала от передатчика к приемнику, называется мо­дуляцией. Промодулированный высокочастот­ный сигнал передается через антенну на точно определенной в узких пределах полосе частот. Приемник точно настраивается на эту полосу ча­стот, выбранную из широкого диапазона частот, которые может принимать антенна. Таким обра­зом, передача колебаний от передатчика к при­емнику образует связь в цепи передачи сигнала.

Например, если речь идет о передаче ау­диосигнала, полезный сигнал, в отличие от высокочастотного несущего сигнала, состоит из сигналов в широком диапазоне частот до максимальной величины 20 кГц. Высокоча­стотный несущий сигнал модулируется этим низкочастотным сигналом. Антенна передат­чика излучает несущую волну.

Максимальное расстояние, на котором мо­жет приниматься сигнал, а также качество приема зависят, помимо прочих факторов, от частоты. Коротковолновые и длинно­волновые передачи имеют очень большую дальность приема, в некоторых случаях межконтинентальную, в то время как передача в диапазоне СВЧ, как правило, ограничивается дальностью прямой видимости.

Принимающая станция демодулирует сигнал. Получившиеся в результате этого низкочастотные колебания преобразуются в акустические колебания при помощи гром­коговорителя.

 

Амплитудная модуляция

 

Амплитудная модуляция (AM) — это изменение амплитуды А_н высокочастотных колебаний с частотой f_н синхронно с низкочастотными ко­лебаниями (А_н:f_н) (рис.  «Амплитудная модуляция» ).

Амплитудная модуляция используется, на­пример, при коротковолновой, средневолно­вой и длинноволновой передаче.

 

 

Частотная модуляция

 

Частотная модуляция (FM) — это измене­ние частоты f_н высокочастотных колебаний синхронно с низкочастотными колебаниями (рис. «Частотная модуляция» ).

Частотная модуляция используется, на­пример, в FM-радио и для звуковых кана­лов аналоговой телевизионной трансляции. Частотно-модулированный сигнал под­вержен помехам, вызванным амплитудно-модулированными сигналами (например, вызванными системами искрового зажи­гания двигателей), в меньшей степени, чем амплитудно-модулированный сигнал.

 

Процессы цифровой модуляции

 

В случае цифровой модуляции, амплитуда или частота носителя изменяется дискретно. Таким образом, можно придать значение одного или более битов информации каж­дому из этих состояний несущей частоты, чтобы передавать цифровую информацию.

 

Проблемы с приемом сигнала

 

СВЧ-сигналы распространяются практиче­ски, по прямой. В результате этого радио­приемник в автомобиле может потерять сигнал от СВЧ-передатчика, находящегося на расстоянии всего 30 км, если между автомо­билем и передатчиком находится возвышен­ность. С другой стороны, прием может быть идеальным и на большем расстоянии, если есть «линия прямой видимости» между авто­мобилем и передатчиком. Наличие «теневых радиозон» часто компенсируется установкой дополнительных передатчиков.

Сигнал может отражаться от склонов хол­мов или от высотных зданий. Отраженный сигнал принимается антенной приемника и накладывается на сигнал, полученный прямо от передатчика. В результате получается так называемый «многоканальный прием», вы­зывающий помехи и приводящий к ухудше­нию качества звука, принимаемого по радио.

Распространение электромагнитных волн ухудшается из-за проводников, располо­женных в зоне излучения передатчика (например, стальных мачт или ЛЭП), и даже близлежащих лесов, зданий или глубоких долин. Характеристики распространения волн имеют значение для эффективного по­давления помех теле- или радиоприемника, установленного в автомобиле. Идеальный прием невозможен, если мощность сигнала от передатчика слишком мала. Например, прием сигнала, который до этого приходил без помех, прервется, если автомобиль за­езжает в тоннель. Это можно объяснить экра­нированием сигнала железобетонными стен­ками туннеля, вследствие чего уменьшается полезная мощность сигнала передатчика, на который настроен приемник. Мощность пара­зитного сигнала при этом остается прежней. При некоторых условиях дальнейший прием сигнала радиостанции может оказаться не­возможным. Сходные явления могут наблю­даться при передвижении в горной местно­сти.

 

Радиопомехи

 

Радиопомехи являются следствием приема на антенну ненужных высокочастотных коле­баний вместе с полезным сигналом. Радиопомехи могут быть вызваны включениями или перерывами подачи электрического тока. Это вызывает образование высокочастотных помех, например, от работы зажигания дви­гателя, включения или выключения пере­ключателя или работы коммутатора электро­двигателя. Такие быстрые переключения тока генерируют высокочастотные волны, кото­рые вызывают помехи радиоприема в при­емниках, расположенных поблизости. Среди прочих факторов эффект помех зависит от крутизны графика импульса сигнала помех и его амплитуды.

Радиопомехи, вызванные резко возрас­тающими по амплитуде импульсами, могут быть сведены к минимуму или полностью устранены применением мер ЕМС (электро­магнитной совместимости).

Помехи могут достигать приемника раз­личными путями: непосредственно по про­водам, соединяющим источник помех и приемник, беспроводным путем через элек­тромагнитное излучение или через емкост­ную или индуктивную связь. Строго говоря, последние три из перечисленных вариантов нельзя отделить друг от друга.

 

Отношение сигнал-шум

 

Качество приема зависит от мощности элек­тромагнитного поля, генерируемого передат­чиком. Оно должно иметь существенно боль­шую мощность, чем мощность поля помех, т.е. соотношение между мощностью сигнала передатчика и мощностью поля помех, со­отношение сигнал-шум, должно быть, как можно большим.

Приемник, расположенный близко к ис­точнику помех, получает не только полезный сигнал от соответствующего передатчика, но и нежелательный сигнал помех, если он передается на той же частоте. Тем не менее, качественный прием все-таки возможен, если мощность полезного сигнала от пере­датчика в точке приема достаточно велика по сравнению с мощностью электромагнит­ного поля, генерируемого источником помех. Мощность поля полезного сигнала от пере­датчика зависит от мощности передатчика, частоты передатчика, расстояния от передат­чика до приемника и свойств распростране­ния электромагнитных волн. Для средних и длинных волн мощность поля передатчика может ослабляться из-за топологических факторов до такой степени, что сигналы даже от мощных передатчиков могут иметь недо­статочную силу в некоторых местах приема. При некоторых условиях СВЧ-сигналы могут существенно ослабляться. Приемники, уста­новленные на транспортных средствах, могут иметь недостаточную мощность приема из-за короткой антенны. Соответственно, возмож­ности улучшения отношения сигнал-шум на приемнике могут быть сильно ограничены.

Эффективность приема можно повысить регулировкой положения антенны, увеличив, таким образом, соотношение сигнал-шум, которое является решающим фактором для качества приема. Однако, зачастую, имеет место компромисс между техническими тре­бованиями и конструкторскими соображе­ниями. Еще один способ улучшения соотно­шения сигнал-шум — уменьшение мощности излучаемых помех.

Конструкция приемника также имеет зна­чение для качества приема. Кроме металли­ческого экранирования, предотвращающего прямой доступ помех, и фильтров на источ­нике питания, некоторые приемники обору­дованы системами автоматического подавле­ния помех (см. раздел «Улучшение приема»).

 

Радиоприемники в автомобиле

 

Радиоприемники, устанавливаемые на авто­мобилях, обычно называются «авторадио» или «автомобильные звуковые системы». Однако, это название относится не только к радиоприемникам, но и к различным устрой­ствам, обеспечивающим применение в сфере информационного обеспечения и развлече­ний. Сюда входят анализ дополнительной ин­формации (например, новости о ситуации на дорогах), проигрыватели медиа-файлов (на­пример, компакт-диски и SD-карты), а также встроенные коммуникационные интерфейсы, сотовые телефоны и другие устройства.

За последние несколько лет в рамках традиционных аналоговых технологий пере­дачи сигнала были разработаны некоторые новые системы. По этой причине современ­ные автомобильные радиоприемники могут принимать сигналы от самых разных систем трансляции во всем мире. Кроме традици­онных систем радиовещания, среди прочих, сюда входят системы DAB (цифровое ау­диовещание), DRM (цифровая радиосистема «Mondiale») и SDARS (спутниковая цифровая аудиослужба).

Традиционный радиоприемник рассчи­тан на прием аналогового сигнала FM и AM-модуляции, и канал передачи сигнала от антенны к аудиосистеме также является аналоговым. С другой стороны, современ­ные автомобильные приемники с высокой мощностью приема обрабатывают сигнал в цифровой форме. Сигнал IF (промежуточной частоты) на выходе приемника переводится в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе, а затем подвергается об­работке. При цифровой модуляции обычно меняется только демодуляция в цифровой части этой схемы.

 

Традиционные приемники

 

Обработка сигналов

 

Антенна, обычно имеющая форму штыря или рамки, улавливает электромагнитный сигнал от передатчика. Сигнал передается по нескольким каналам по фиксированным, отделенным друг от друга частотам. Высоко­частотные колебания переменного тока, гене­рируемые на выходе антенны, передаются на приемник и обрабатываются в нем.

Традиционный приемник для аналого­вого радиоприема обычно состоит из двух каналов прохождения сигнала: один для обработки амплитудно-модулированного сигнала и другой для обработки частотно-модулированного сигнала. Они обычно разделены на блоки, описанные ниже (рис. «Блок-схема радиоприемника» ).

 

 

Система приема АМ-сигнала

 

Полосовой фильтр выделяет полосу амплитудно-модулированного сигнала (по­лоса ДВ, СВ или КВ), и получающийся сигнал усиливается на следующей ступени с низким уровнем шума.

 

Ступень входа FM-сигнала

 

Частотно-модулированный СВЧ-сигнал принимается отдельным модулем. Вход­ной фильтр настраивается либо на частоту приема, либо на всю полосу. Полученный сигнал затем регулируется по мощности до нужного уровня автоматическим усилителем для передачи к следующему модулю.

 

Генератор, управляемый напряжением

 

Генератор VCO (генератор, управляемый на­пряжением), частота которого регулируется системой фазовой автоподстройки частоты (PLL), генерирует высокочастотные коле­бания, которые делятся. При помощи этого сигнала входной сигнал преобразуется в постоянную промежуточную частоту (IF) в каскаде смесителя. Сигнал с кварцевой ста­билизацией используется в качестве опорной частоты.

Каскад преобразователя частоты

 

Каскад преобразователя частоты преобра­зует входной сигнал в постоянную проме­жуточную частоту. Обычно для приема FM- и AM-сигналов используются разные каскады преобразователя частоты. Однако, принцип преобразования частоты у них один и тот же.

Фильтр и усилитель IF

 

Сигнал IF, получаемый таким образом, за­тем подается на фильтр IF и регулируемый усилитель.

 

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

 

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) преобразует аналоговый сигнал IF в цифро­вой сигнал.

 

Демодулятор

 

Демодулятор генерирует цифровой аудио­сигнал из цифрового сигнала IF.

 

Декодер

 

Дополнительная информация, такая как данные от системы RDS (система передачи данных по радио), декодируется декодером и передается к процессору для обработки.

 

Обработка аудиосигнала

 

После демодуляции аудиосигнал можно на­строить, например, в соответствии с усло­виями в салоне автомобиля или предпочтениями слушателей. Это делается при помощи соответствующих регуляторов настройки тембра и громкости, а также настройки ба­ланса между передними и задними и/или правыми и левыми динамиками.

 

Цифровые приемники

 

Цифровой приемник — это приемник со многими встроенными модулями, входной сигнал от которого может быть аналоговым или цифровым сигналом промежуточной частоты. Аналоговый сигнал преобразуется в цифровой, а цифровой сигнал обрабаты­вается в цифровом модуле. Такая технология позволяет обрабатывать сигнал способом, который неприменим для аналоговых тех­нологий. В ней используются, например, фильтры сигнала IF, обеспечивающие очень хороший уровень нелинейных искажений, имеющие изменяемую полосу пропускания и регулируемые, в зависимости от условий приема сигнала. Кроме того, имеется ряд других средств обработки принимаемого сиг­нала, которые могут свести к минимуму по­мехи аудиосигнала (см. SHARX, DDA и DDS).

 

Цифровой эквалайзер

 

Цифровой эквалайзер (DEQ) состоит из мно­гополосного параметрического эквалайзера, обеспечивающего возможность отдельной регулировки средних частот и усиление/ ослабление сигнала на различных фильтрах. Таким образом, можно свести к нулю неже­лательный резонанс, который может возник­нуть в салоне автомобиля, и оптимизировать качество звучания. Также можно выровнять звучание динамиков на различных частотах.

Некоторые эквалайзеры имеют готовые настройки фильтров. Эти настройки можно применить в соответствии с жанром музыки или типом транспортного средства (например, джаз или поп-музыка, фургон или седан).

 

Цифровая настройка звука

 

«Цифровая настройка звука» (DSA) — это система, которая автоматически анализирует и исправляет частотные характеристики ав­томобильных звуковых систем. Для приема и анализа звучания тестового сигнала гром­коговорителей используется микрофон и цифровой обработчик сигнала (DSP). Затем на эквалайзере выставляются оптимальные параметры звука для салона автомобиля.

 

Динамическое шумоподавление

 

Во время движения автомобиля функция «Динамическое шумоподавление» (DIMS) ис­пользует микрофон для постоянного выявле­ния и анализа спектра шумов от автомобиля, заглушающих аудиосигнал и ухудшающих восприятие звука. Данная функция исполь­зует выборочное усиление или динамическое подавление (уменьшение выходного сигнала между минимальной и максимальной вели­чинами) частот звуковых помех для того, чтобы поддержать оптимальное качество звучания вне зависимости от шумов, произ­водимых при движении.

 

Качество приема сигнала

 

Аналоговые радиопередачи обычно предна­значены для приема наземными радиоприем­никами. Условия приема не всегда идеальны, что приводит к ухудшению качества приема, в зависимости от положения приемника и передатчика, и условий окружающей среды. В случае с приемом СВЧ-сигнала, большое значение имеет расположение приемника и передатчика в связи с факторами, описан­ными ниже.

 

Понижение уровня сигнала

 

Понижение уровня сигнала вызывается из­менениями уровня принимаемого сигнала из-за препятствий на пути распространения сигнала, таких как туннели, высотные здания или горы.

 

Прием сигнала с нескольких направлений

 

Прием сигнала с нескольких направлений вызывается отражением сигнала от зданий, деревьев или водных поверхностей. Такое отражение может привести к существенному падению уровня приема и даже полной по­тере сигнала. Различия в силе принимаемого сигнала могут наблюдаться в точках, отстоя­щих всего на несколько сантиметров друг от друга. Такие флуктуации могут оказывать значительное влияние на качество приема, например, автомобильных приемников.

 

Помехи от смежных каналов

 

Помехи от смежных каналов могут возникать, если на смежном канале работает мощный передатчик.

 

Помехи от сигналов большой мощности

 

Помехи от сигналов большой мощности мо­гут возникать, если поблизости находится передатчик большой мощности. Система защиты входного каскада приемника умень­шает мощность приема. Это приводит к ослаблению более слабого сигнала от передатчика, т.е. сигнал становится тише.

 

Перемодуляция

 

На некоторых передатчиках применяется повышение уровня модуляции, чтобы уве­личить дальность приема или усилить громкость звука. Недостаток этого приема в том, что увеличиваются искажения и вероятность помех от эха.

 

Помехи от системы зажигания

 

Источники высокочастотных помех (такие, как система искрового зажигания, работа переключателей или коммутаторов электро­двигателей) вызывают помехи приема.

 

Улучшение качества приема сигнала

 

В современных автомобильных приемниках применяется большое количество функций улучшения приема. Ниже приведен обзор наиболее важных из этих функций.

 

Система передачи данных по радио

 

Система передачи данных по радио (RDS) — это цифровая система передачи данных по радио FM-диапазона. Данный формат стандартизован в европейских странах. Он обеспечивает приемник дополнительной информацией относительно принимаемого аудиосигнала в отношении дополнитель­ных частот, имеющих такую же модуляцию. Это позволяет приемнику переключаться на частоту, на которой помехи минимальны. В табл. «Коды международного стандарта радиоданных (МСРД)» приведено описание такой инфор­мации.

 

Направленная цифровая антенна

 

Система «Направленная цифровая антенна» (DDA), разработанная фирмой Bosch, ис­пользует сигналы от двух антенн для расчета антенны с синтезированной апертурой с новыми характеристиками направленности. Это позволяет подавлять помехи, вызванные приемом сигнала с нескольких направлений, как показано на рис. «Оптимизация сигнала антенны».

 

Система цифровой диверсификации

 

Характеристики приема сигнала FM-радио в значительной мере зависят от места приема. Система цифровой диверсификации (DDS) использует несколько антенн, между кото­рыми она может переключаться для того, чтобы улучшить прием. Система цифровой диверсификации, встроенная в цифровой приемник, использует один и тот же сигнал для формирования стратегии переключения, и этот сигнал после демодуляции выдается в виде аудиосигнала.

 

Срез высоких частот

 

Помехи, вызываемые такими явлениями, как понижение уровня сигнала и прием с не­скольких направлений, оказывают большее влияние на более высокие частоты аудиосиг­нала. Поэтому современные автомобильные приемники умеют обнаруживать такие по­мехи и уменьшать уровень аудиосигнала на высоких частотах, когда такие помехи имеют место.

 

Система SHARX

 

Система SHARX — это функция, которая ав­томатически регулирует полосу пропускания фильтра промежуточной частоты в зависи­мости от условий приема. Если различные станции вещают на близких частотах, эта функция значительно повышает качество разделения приема между ними, сужая по­лосу пропускания и обеспечивая прием без помех. Если близкие по частоте каналы от­сутствуют, полосу пропускания можно рас­ширить, уменьшив таким образом гармони­ческие искажения.

 

Автоматическое подавление помех

 

Еще одно средство улучшения качества при­ема — это автоматическое подавление помех и от собственного автомобиля, и от других транспортных средств. Для этого демодулированный сигнал, содержащий импульсные помехи вместе с полезным сигналом, заглу­шается на период действия помех, и эта пауза заполняется полезным сигналом.

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Немного о WSPR, или как далеко можно передать сигнал мощностью 1Вт? / Хабр

В настоящее время заметен подъем интереса к беспроводным технологиям, что становится особенно актуальным в эпоху “интернета вещей”, “умных домов”, смарт-гаджетов, различных датчиков и устройств. Действительно, мало кто захочет сверлить стену и тянуть провод к датчику температуры за окном, куда проще, если данные будут передаваться по радио. Решений тут много, например одной из последних разработок является LoRa, трансмиттеры этой системы способны передавать данные на несколько километров при мощности в 10-100мВт.

Как далеко можно передать радиосигнал? Это, пожалуй, наиболее интересный вопрос, который поднимался задолго до появления термина IoT как такового. Наиболее комплексно на этот вопрос попытался ответить Joseph Hooton Taylor, американский астрофизик и лауреат Нобелевской премии, создав в 2008 году программу Weak Signal Propagation Reporter (WSPR). Идея программы проста — передать сигнал, несущий минимум информации, который за счет этого может быть декодирован на максимально большом расстоянии.

Как это работает? Подробности под катом. Как оказалось, WSPR ни разу не описывался на geektimes, пора восполнить этот пробел.

Структура сигнала

WSPR — это максимально простой цифровой сигнал, передающийся со скоростью всего лишь 1.4648 бод (да, лишь чуть больше 1 бита в секунду). Для передачи используется частотная модуляция (4-FSK) с разносом частот 1.4648Гц, так что ширина полосы сигнала всего лишь 6Гц. Передаваемый пакет данных имеет размер всего лишь 50 бит, к нему также добавляются биты коррекции ошибок (non-recursive convolutional code, constraint length K=32, rate=1/2), в итоге общий размер пакета равен 162бит. Эти 162бит передаются примерно за 2 минуты (кто-то еще будет жаловаться на медленный интернет?:).

Сам 50-битный пакет содержит минимальный набор данных, достаточных для использования радиолюбительскими станциями: позывной передающей станции, квадрат местоположения станции (так называемый grid locator) и мощность сигнала. Более полное описание, включая дистрибутивы под Win/MacOS и Linux, также исходные тексты программы для приема-передачи, доступны по адресу http://physics.princeton.edu/pulsar/k1jt/wspr.html.

Благодаря узкополосному сигналу, система получилась весьма чувствительной. Минимальный уровень сигнал/шум для декодирования составляет –28 dB, что превосходит даже прием азбуки Морзе тренированным оператором. И наконец самое интересное — был создан сайт http://wsprnet.org, куда автоматически отправляются принятые данные, и любой желающий (в том числе владелец станции или принявший сигнал) может посмотреть статистику и визуализацию на карте принятых данных.

Использование для приема

Для приема сигналов WSPR достаточно иметь приемник с возможностью приема однополосной модуляции (Tescun PL-660, Sangean ATS-909x, Sony ICF-SW7600 и др). Использовать WSPR довольно просто — достаточно соединить приемник с линейным входом звуковой карты и выбрать ее в программе как источник сигнала. Далее в настройках необходимо указать местоположение в виде grid locator, узнать который можно на сайте

https://www.qrz.com/gridmapper

. Можно использовать оригинальную версию WSPR, но лучше использовать более новую

WSJT

, интерфейс которой более удобен.

На этом практически все настройки закончены. Необходимо настроить приемник на выбранную частоту (список частот можно посмотреть на сайте), включить программу, и можно идти пить чай. Минут через 15 можно проверить окно программы, которое должно выглядеть примерно так:

Если в программе был введен позывной принимающей станции и был установлен флажок “Upload to server”, то зайдя на страницу http://wsprnet.org/drupal/wsprnet/map и введя этот позывной, можно увидеть графическую карту приема, а зайдя на http://wsprnet.org/drupal/wsprnet/spots, можно посмотреть более подробную текстовую информацию.

Использование для передачи

Для передачи необходимы радиолюбительский трансивер (например Yaesu 857) и радиолюбительская лицензия (при получении которой выдается и позывной станции). Сервер wspr не проверяет правильность лицензий и позывного, владелец станции решает этот вопрос самостоятельно.

В остальном, принцип тот же: радиостанция подключается к компьютеру, сигнал формируется через звуковую карту. Каждый сеанс передачи длится 2 минуты, через какое-то время можно зайти на сайт и посмотреть статистику.

Результаты

Для проверки я попросил знакомого, имеющего соответствующий трансивер, сделать 3 теста:

1) Прием сигналов на частоте 7.038МГц на случайную антенну (кусок провода).

2) Прием сигналов на той же частоте на настроенную антенну

3) Передача сигнала

Прием на случайную антенну

Это самый неэффективный способ с точки зрения качества приема. Уровень сигнала минимален, к тому же антенна принимает много помех от домашних электроприборов. Программа была запущена примерно на 15 минут, результат был сразу виден в виде карты на сайте:

Максимальная дальность приема составила около 700км, что в принципе не так уж плохо.

Прием на настроенную антенну

Следующей была испытана на прием антенна

magnetic loop

, настроенная на ту же частоту. Антенна magnetic loop — это практически единственная антенна, способная работать и на прием и на передачу, которая может быть размещена в квартире, ее размер составляет 1-2м.

Результат работы программы за 10 минут:

Разница очевидна — за меньшее время было принято больше станций, ну и максимальная дальность приема примерно вдвое больше.

Интересно проанализировать результаты в текстовой форме:

Красной чертой было отделено время переключения одной антенны на другую. Видно, что при мощности передачи 1 Ватт, средняя дальность приема на комнатную антенну составляет около 500км. Особняком стоит результат в 1488км при мощности 0.1Вт, но мы не знаем правда ли это — к сожалению, программа не проверяет введенные пользователем значения (можно указать 1Вт а передавать на 100Вт, проверить это невозможно), может тот оператор просто ошибся при вводе параметров.

Передача сигнала

Наконец, последним тестом была передача сигнала с этой же комнатной антенны. Передаваемая мощность была выбрана в 1 и 2Вт. Результаты показаны на карте и в таблице:

Как можно видеть, дальность при мощности 1Вт составила 275км, принял сигнал только один оператор. При 2Вт картинка уже поинтереснее — максимальная дальность составила аж 1200км.

Конечно, комнатные антенны в городских условиях весьма несовершенны по эффективности. За городом, в условиях чистого эфира с минимальным количеством помех, можно принять куда более слабые сигналы.

Заключение

Как можно видеть, wspr представляет собой весьма интересный инструмент, позволяющий наглядно изучать прохождение радиоволн и сравнивать качество антенн. Интересно и то, что вся система работает за счет энтузиастов и сообщества, кто-то передает сигналы, кто-то принимает, а за счет большого количества участников, результаты получаются весьма интересны и наглядны.

Возвращаясь к вопросу заголовка, как далеко можно передать данные с 1 Ваттом мощности. Достаточно далеко, как показывает поиск по базе сайта, на примере радиолюбителя с позывным OE3MUC. Вот его карта передачи с мощностью 1Вт:

Конечно, это еще и вопрос наличия хороших и качественных направленных антенн, но, тем не менее, весьма интересно — с мощностью всего лишь 1Вт (т.е. гипотетически такой передатчик можно запитать прямо от разъема USB), можно безо всяких интернетов и кабелей передать данные через океан из Австрии в Австралию на 15000км. Есть над чем задуматься…

7 лучших автомобильных антенн — Рейтинг 2021

Статья дает возможность автовладельцам ознакомиться с самыми популярными и актуальными моделями автомобильных антенн.

Подробное сравнение ключевых параметров, конструктивных и эксплуатационных особенностей поможет найти ответ на вопрос какие внутренние и внешние автомобильные антенны для радио лучше.

Содержание:

1. Лучшие внутрисалонные автомобильные антенны
2. Лучшие наружные автомобильные антенны

Лучшие внутрисалонные автомобильные антенны

Доступ к радиочастотам в автомобиле возможно осуществить используя автомобильную антенну и магнитолу. Для того, чтобы наслаждаться любимыми радиостанциями в хорошем качестве как можно дольше, следует разобраться с тем, какая автомобильная антенна для радио лучшая.

Антенна автомобильная Bosch Autofun PRO

Bosch Autofun PRO – это внутри салонная антенна повышенной чувствительности. Монтируется устройство на лобовое стекло автомобиля и прекрасно справляется с приемом частот АМ/FM диапазонов.

В комплект поставки изделия входят:

1. Радиоприемный элемент.
2. Пластмассовый корпус антенны, состоящий из трех элементов.
3. Особый гель, предназначенный для заземления электрооборудования.
4. Основной модуль-приемник.
5. Фиксирующие наклейки.
6. Крепеж.

С монтажом антенны не возникает проблем. Производителем предусмотрен специальный ориентир-уголок, который вырезается из корпуса упаковки. Все ограничительные ленты обработаны качественным клеящим составом. На финальной стадии установки важно не забыть о заземлении.

Питание лучше подать с магнитолы. В этом случае принимающее и аудио устройства будут работать синхронно.

Плюсы антенны:

1. Небольшие габаритные размеры 4,5*1,5*4,5 см.
2. Устойчивый качественный сигнал.
3. Высокое качество сборки.
4. Длинный соединительный кабель 3 м.

Минусы антенны:

1. Высокая стоимость.
2. При некорректной установке возможен перегрев устройства.

 

Антенна Blaupunkt Autofun Pro

Blaupunkt Pro позиционируется как салонная антенна повышенной чувствительности.

Она предназначена для приема сигнала в диапазонах:

1. ДВ.
2. FM.
3. СВ.

Устройство работает от сети постоянного тока с напряжением 12 В. В комплект входят: крепеж (ограничительные полосы, саморезы), принимающий модуль с кабелем 2,9 м (что делает возможным монтаж изделия практически в любое транспортное средство и во все подходящие места), антикоррозийная смазка.

Установка антенны осуществляется быстро и просто благодаря иллюстрированной инструкции.

Плюсы антенны:

1. Качественное разделение радиосигналов благодаря применению контура защиты.

Минусы антенны:

1. Яркая синяя подсветка. Отвлекает в процессе движения в темное время суток. Но при желании её можно отключить.

 

Антенна активная всеволновая внутри салонная Триада 100 Gold

Антенны модельного ряда Триада 100 имеют форму небольшого цилиндра с минимальной высотой. Предназначены устройства такого типа для установки в салоне автомобиля в углу ветрового стекла или за зеркалом заднего вида.

Корпус изделия выполнен из прочного пластика и обладает двумя лучами-антеннами, которые надежно крепятся к поверхности по средству клеящего состава.

Антенна способна воспринимать частоты АМ, ФМ и УКВ диапазонов. Благодаря мощному усилителю качественный прием сигнала осуществляется на расстоянии до 150 км от источника.

Плюсы антенны:

1. Мало восприимчив к падению напряжения.
2. Способен работать в цепях постоянного тока 9-15 V.
3. Предусмотренный конструкцией двойной фильтр по источнику питания снижает риск возникновения помех от используемой электрической цепи.
4. Высокое качество сборки.
5. Долговечность и надежность.

Минусы антенны:

1. Небольшой кабель питания 2,5 метра.

 

Антенна активная Триада-150 GOLD

Triada-150 GOLD – антенна для внутреннего использования, которая изготовлена в соответствие с современных технологиями приборостроения. Внешне модель представляет собой круглую шайбу, изготовленную из темного пластика, и два металлизированных приемных полотна, выходящих из ориентированных под 90 или 180 градусов друг к другу точек.

Индикатором правильного монтажа устройства является светодиодный сигнал. В комплект также входит специальный коаксилиновый кабель.

Триада-150 GOLD обладает 2 режимами работы:

1. «Городской режим» — обеспечивает наивысшую степень помехозащитен на частотах в диапазоне от 88 до 108 МГц.
2. «Загородный режим» — включается мощный усилитель сигнала, который позволяет улавливать сигнал на большом расстоянии от города.

Переключение между режимами осуществляется с помощью специального тумблера на устройстве.

Триада-150 GOLD – это лучшие автомобильные антенны для внутреннего применения. После анализа отзывов и эксплуатационных характеристик можно уверенно заявить, что данная модель значительно превосходит аналоги Bosch и Blaupunkt.

Плюсы антенны:

1. Мощный усилитель с большим интервалом.
2. Сбалансированный и качественный прием на удалении от станции транслятора до 150 км.
3. Изолированный кабель питания.
4. Высокое качество сборки.

Минусы антенны:

1. Соединительный кабель обладает длинной всего 2,5 м.

 

Лучшие наружные автомобильные антенны

Производителями на рынке представлены не только популярные образцы внутренних антенн. Большой популярностью пользуются наружные устройства. Они обладают одним явным преимуществом. Многие из моделей такой радиотехники способны принимать и обрабатывать волны стандарта DV.

Антенна AVEL AVS001DVBA 020A12 Black

Активная антенна Авель АВС 001 – это устройства для улавливания электромагнитных импульсов радиосигналов и их преобразования в электрический сигнал. Которой в дальнейшем воспринимается устройством вывода информации. Монтаж антенны осуществляется на внешние поверхности транспортного средства.

Работает Авель АВС 001 в цепях постоянного тока с напряжением 12 вольт.

В комплект поставки входит:

1. Приемник со встроенным усилителем, корпус которого имеет форму акульего плавника.
2. Соединительный кабель длинной 5 м.
3. Крепежные элементы и приспособления (двойной фиксатор магнит).

Устройство предназначено для применения в легковых автомобилях. Формат воспринимаемых радиосигналов – DVB-T/DVB-T2.

Плюсы антенны:

1. Высокое качество сборки.
2. Оригинальные внешний вид.
3. Хорошее качество сигнала.
4. Надежная фиксация на кузове авто.

Минусы антенны:

1. Маленький выбор цветовых решений корпуса.

 

Триада MA 275 FM антенна автомобильная

MA 275 – это пассивная автомобильная антенна наружного применения. То есть монтируется на корпус транспортного средства с внешней стороны. Основной её задачей является улавливание УКВ, АМ и FM, трансформация их в электрический сигнал, усиление и передача потребителю (радиоприемнику).

Устройство обладает компактным размером и выполнена в форме продолговатого цилиндра на плоской подставке. Для крепления антенный к крыше автомобиля в подставку вмонтирован магнит диаметром 72 мм.

Современная микросхема и мощный усилитель обеспечивают устойчивый прием устройству на расстоянии до 50 км от источника сигнала. Модель оснащена соединительным кабелем. Его длина составляет 2,5 м.

Плюсы антенны:

1. Качественная сборка.
2. Компактные габаритные размеры.
3. Встроенный инвертор УКВ частот позволяет без модификаций радиоприемника прослушивать волны данной частоты.

Минусы антенны:

1. Недостаточная длина кабеля.
2. Относительная малый радиус покрытия.

 

Триада MA 86-02 FM антенна автомобильная

Triada MA 86-02 является наружной съёмной автомобильной антенной. Крепится устройство к металлическим частям кузова транспортного средства с помощью магнита повышенной мощности (диаметром 8,6см).

Передача трансформированного электромагнитного сигнала от приемника к магнитоле происходит по 3 метровому коакселиновому кабелю. Само устройство представляет собой опорную платформу д90 мм, с выходящим из нее обрезиненным прутком-антенной длиной 700 мм.

Модель предназначена для приема и обработки сигналов следующих типов:

1. ФМ.
2. АМ.
3. DV (автомобильный ТВ сигнал высокого качества).
4. УКВ.

Мощный усилитель с большим диапазоном частот позволяет осуществлять устойчивый прием сигнала до 150 км.

Плюсы антенны:

1. Качественный прием сигнала на большом расстоянии от источника.
2. Большая длина антенны позволяет избежать большого количества помех.
3. Качество материалов на высоком уровне.

Минусы антенны:

1. Короткий кабель по сравнению с прямыми конкурентами.

 

Связанные материалы:

Моделирование высокочастотных электромагнитных явлений на различных пространственных масштабах

Эта заметка является введением для серии блогов, посвященных моделированию высокочастотных электромагнитных явлений на различных пространственных масштабах. Сегодня мы разберем теоретические основы данных процессов и основные уравнения, которые нам понадобятся в дальнейшем. В последующих частях вы узнаете, как реализовать в программном обеспечении COMSOL Multiphysics® различные сценарии моделирования, требующие работы и описания СВЧ-процессов на самых разных расстояниях и масштабах. Давайте начнём…

Мультимасштабное моделирование: антенны и беспроводные коммуникации

Так называемое мультимасштабное моделирование (multiscale modeling) — это комплексная и актуальная задача в современном моделировании. Она возникает, когда в рамках одной модели появляются и используются очень разномасштабные величины. К примеру, характерный размер вашего сотового телефона не превышает 15 см в то время, как он принимает GPS-сигнал от спутников на расстоянии 20000 км. Обработка и интерпретация таких разных размеров в одном расчёте является нетривиальной задачей. С подобными проблемами сталкиваются при моделировании погодных условий, химических реакций и процессов из множества других областей науки и техники.

Не смотря на то, что мультимасштабное моделирование — очень обширная и общая тематика, в данной заметке мы подробно остановимся на практическом примере моделирования антенн и беспроводной связи. Весь процесс передачи данных по беспроводной связи можно разбить на три этапа:

1. Антенна преобразует локальный сигнал в излучение, направленное в свободное пространство.
2. Электромагнитное излучение распространяется на относительно большие расстояния.
3. Излучение принимается другой антенной и преобразуется в полезный сигнал на приемнике.

Современные телекоммуникации и средства связи используют беспроводную передачу данных на большие расстояния с помощью антенных систем.

Поговорим о следующих двух характерных масштабах данного процесса: длина волны СВЧ-излучения и расстояние между антеннами. Например, FM-радио передаёт сигналы с длиной волны около 3 метров. При этом, когда вы слушаете радио в машине, обычно вы находитесь в нескольких десятках километров от радиовышки. Многие антенны, в частности дипольные антенны, имеют размеры сопоставимые с длиной волны, так что мы не будем выделять данный размер, как еще один характерный масштаб.2P_t

где индексы r и t обозначают передающую (transmission) и принимающую (receiving ) антенны, G — коэффициент усиления антенны (gain), P — мощность, \Gamma – коэффициент отражения, вызванного рассогласованием между антенной и линией передач, p — коэффициент поляризационной согласованности антенны (polarization mismatch factor), λ — длина волны, r — расстояние между антеннами и связанные с этой величиной затухания в свободном пространстве, \theta и \phi — угловые сферические координаты для двух антенн.

Обратите внимание, что мы учитываем два условия согласованности импеданса:

• P_t — это мощность сигнала, переданная из линии передачи на вход излучающей антенны
• P_r — это мощность, переданная приемной антенной в линию передачи

Вывод формулы Фрииса описан во многих учебниках, так что мы не будем подробно останавливаться на этом моменте.

Наглядная визуализация коэффициента усиления для передающей и принимающей антенн.2)\\ \theta& = acos(z/r)\\ \phi& = atan2(y,x) \end{align}

Для удобства, вместо математических символов, мы использовали встроенные в COMSOL Multiphysics операторы такие, как — sqrt(), acos(), и atan2(,). В рамках данной задачи мы также будем использовать декартовы компоненты единичного сферического вектора \hat{\theta}:

\begin{align} \hat{\theta_x}& = cos(\theta)cos(\phi)\\ \hat{\theta_y}& = cos(\theta)sin(\phi)\\ \hat{\theta_z}& = -sin(\theta) \end{align}

Аналогичные преобразования могут быть выполнены для декартовых компонент \hat{r} и \hat{\phi}, однако \hat{\theta} в данном случае для нас является наиболее важным элементом. Мы вернемся к рассмотрению и использованию сферических координат в одной из следующих заметок серии, в которой речь пойдет о применении подходов геометрической оптики для мультимасштабного моделирования.

Изображение произвольной точки и ее декартовых (x, y, z) и сферических \left(r,\theta,\phi\right) координат.2\operatorname{Re}(\vec{S}\cdot\hat{r})=\frac{dP}{d\Omega}. Для ясности, мы записали интенсивность несколькими способами, так как в электротехнике принято обозначение U(\theta,\phi), в то время, как в физике — \frac{dP}{d\Omega}. Излучаемую мощность можно рассчитать, проинтегрировав данную величину по всем углам.

Коэффициент усиления (Gain) и направленного действия (Directivity)

Коэффициенты усиления (gain) и направленного действия (directivity) достаточно похожи, т.к. они оба определяют излучаемую мощность в заданном направлении. Разница заключается в том, что коэффициент усиления относит эту мощность к входной мощности, в то время коэффициент направленного излучения — к общей излучаемой мощности. Проще говоря, при определении коэффициента усиления учитываются диэлектрические и потери, в проводящих компонентах (dielectric and conductive losses), а для направленности — нет. Математические выражения для коэффициентов усиления и направленного действия записыватся как G\left(\theta,\phi\right)=4\pi\frac{U\left(\theta,\phi\right)}{P_{in}} и D\left(\theta,\phi\right)=4\pi\frac{U\left(\theta,\phi\right)}{P_{rad}}, соответственно. P_in – принимаемая, P_rad — полная излучаемая антенной мощность. Больший практический интерес представляет коэффициент усиления (Gain), так как он учитывает материальные потери в антенне. И так как коэффициент усиления является довольно широким понятием, полезно будет привести его определение из «IEEE Standard Definitions of Terms for Antennas» (Определения терминов для антенн от IEEE), которое гласит: «Отношение интенсивности излучения в заданном направлении к интенсивности излучения, которое было бы получено, если бы принимаемая антенной энергия излучалась изотропно.»

Также в стандарте IEEE к этому определению есть три замечания:

1. «Коэффициент усиления не учитывает потери, возникающие из-за несогласованности нагрузки и поляризации.»
2. «Интенсивность излучения, соответствующая изотропно излучаемой мощности равна мощности, принятой антенной, делённой на 4π.»
3. «Если в антенне нет диссипативных потерь, то в любом заданном направлении оба коэффициента (коэффициент усиления и направленного действия) равны.2\right)G, где \Gamma = \frac{Z_c-Z}{Z_c + Z} — коэффициент отражения в соответствие с теорией длинных линий, Z_c — волновое сопротивление линии передач, Z — импеданс антенны.

   Важно подчеркнуть как при использовании в COMSOL узла Lumped Port (сосредоточенный порт) с заданным волновым сопротивлением, соотносится расчетное усиление в дальней зоне (far-field gain) и IEEE-стандарты. Это достаточно важно, так как за последние десятилетия его определения и формулировки часто менялись. Начиная с версии 5.3 имена (и соотвественно определения) переменных в программном обеспечении COMSOL Multiphysics изменены в соответствиями со стандартом IEEE .

   
   Реальный коэффициент усиления (realized gain) и электрическое поле для антенны Вивальди. Для моделирования использовался модуль Радиочастоты пакета COMSOL Multiphysics. Вы можете скачать данный учебный пример, антенна Вивальди, в Галерее моделей и приложений.

   Антенны в режиме приёма, принцип взаимности (лемма Лоренца) и принимаемая мощность

   Термины, которые мы обсудили ранее, относились к передающим антеннам, однако они также применимы к антеннам в режиме приема.{-jkr}\}

   где \vec{p} — дипольный момент источника излучения (не путайте с коэффициентом поляризационной согласованности антенны) и k — волновой вектор среды.

   
   Совмещенная диаграмма различныхе областей (зон) электромагнитного поля, излучаемого электрической малогабаритной антенной.

   В этом уравнении есть три фактора вида 1/rⁿ. Параметры 1/r² and 1/r³ будут значимы в вблизи источника, а 1/r — на дальних расстояниях. И хотя электромагнитное поле непрерывно, обычно рассматривают разные его области (зоны) в зависимости от расстояния от источника. Одно из таких разделений по зонам для электрической малогабаритной антенны изображено на рисунке выше. Также существуют и другие представления относительно величины kr.

   В дальнейшем в данной серии мы рассмотрим, как рассчитывать поля на любом расстоянии от источника, однако самой важной является дальняя зона (far field) или зона излучения, которая наиболее удалена от источника.2, где Z₀ — импеданс псвободного пространства, c — скорость света. Максимальное усиление составит при этом 1.5 и будет изотропно в плоскости, перпендикулярной дипольному моменту (например, в плоскости xy для диполя в \hat{z}).

   Обратите внимание: В уравнениях выше используется традиционное определение дипольного момента в Кулон*метр (Cm): \vec{p}=\int{\vec{r}\rho(\vec{r})d\vec{r}} В справочниках по антеннам и инженерных учебниках бесконечно малый ток в диполе измеряется в Ампер*метр (Am). В COMSOL Multiphysics используется инженерная формулировка. Два определения связаны производной по времени, поэтому для расчёта в программном обеспечении COMSOL, дипольный момент \vec{p} следует умножить на j\omega, чтобы получить бесконечно малый ток диполя.

   Пример приёмника: Полуволновой диполь

   Будем рассматривать идеально проводящий полуволновой диполь в качестве приемной антенны.

    

   Анимация излучения, принимаемого полуволновой дипольной антенной.2. Стоит отметить, что эти значения для конечного диаметра антенны отличаются от идеального случая. Длина принимающей антенны, которую мы используем в качестве примера, — 0.47 λ, отношение длины к диаметру — 100. С этими параметрами несложно рассчитать и получить импеданс \approx 73 +3j \,\Omega, который близок к референсному значению (для случая бесконечно тонкого провода), а также хорошо согласуется с экспериментальными данными. К сожалению, теоретического значения для сравнения нет, однако, это только подчёркивает необходимость численного моделирования антенных систем.

   На графике ниже показано сравнение коэффициента направленного действия бесконечного тонкого диполя и дипольной антенны, которую мы смоделировали. Так как антенна рассматривалась идеально проводящей и, следовательно, в ней нет потерь, полученные значения аналогичны коэффициенту усиления антенны. Вы можете скачать рассмотренный пример модели дипольной антенны.

   
   Сравнение коэффициента направленного действия в зависимости от угла theta для двух полуволновых антенн (ориентированных по оси z).2 P_{rad}

   Если предположить, что излучатель и приёмник расположены в плоскости xy, согласованы по поляризации и разделены на 1000 λ, а также, что дипольный момент излучателя равен 1 Am в \hat{z}, из уравнения Фрииса мы получим принимаемую мощность, равную 380 μW. В третьей части данной серии мы попробуем воспроизвести аналогичный результат в конечно-элементной модели для проверки и верификации. Затем можно будет использовать нашу модель, чтобы эффективно рассчитывать более сложные конфигурации, которые невозможно точно рассчитать с помощью формулы Фрииса.

   Заключение

   В этой заметке мы рассказали об идее мультимасштабного моделирования и рассмотрели все определения и уравнения, которые понадобятся в последующих блогах. Для некоторых опытных инженеров-проектировщиков антенн эта заметка могла показаться слишком простой и обзоной. Однако, если приведённые здесь определения и уравнения для вас были неизвестны, рекомендуем ознакомиться с классической литературой по электромагнетизму и теории антенн.

   В последующих материалах мы будем рассматривать, прежде всего, практическую реализацию моделирования в COMSOL Multiphysics СВЧ-процессов на различных пространственных масштабах, ссылаясь в качестве пояснений на данную работу.

   В следующих частях серии…

   Следите за обновлениями серии о мультимасштабном моделировании:

   • Во второй части мы будем моделировать излучение точечного электрического диполя, используя физический интерфейс Electromagnetic Waves, Frequency Domain (Электромагнитные волны, частотная область). Мы рассмотрим настройки узла Far-Field Domain (Область дальней зоны), который рассчитывает излучение от источника в дальней зоне. Покажем, как можно связать физические интерфейсы Electromagnetic Waves, Frequency Domain и Electromagnetic Waves, Beam Envelopes (Электромагнитные волны, Огибающие пучков), чтобы моделировать поля в средней переходной зоне.
   • В третьей части серии мы смоделируем приём сигнала на произвольном расстоянии полуволновым диполем от точечного излучающего диполя. Для проверки и верификации, вычислим мощность, полученную полуволновым диполем, и сравним результаты с расчётом на основе формулы передачи Фрииса.
   • В четвёртой части, мы свяжем источник излучения и точечный электрический диполь с помощью функционала интерфейса Geometrical Optics (Геометрическая оптика).
   • В пятой части мы еще раз соединим две антенны, используя физический интерфейс Geometrical Optics. Мы снова сравним результаты и обсудим, как можно учитывать в модели неоднороную среду и многолучевое распространение.

   Как правильно настроить рацию

     Современные технологии позволяют нам оставаться всегда на связи, не зависимо от места пребывания, погоды, наличия или отсутствия сотовых сетей. Все это возможно благодаря радиосвязи – типу связи, которая в качестве носителя информации использует радиоволны разных частот. Сегодня большую часть рынка радиоприборов представляют рации и радиостанции, которые могут эксплуатироваться как средства связи для автолюбителей и военных, охранников и охотников, рыбаков и горнолыжников. Простое решение купить рацию иногда спасает в трудных ситуациях, когда нужно позвать на помощь или передать особо важную информацию. Но не всегда, получается, добиться отменного качества сигнала приема и передачи рации.

      Во многом это связанно с тем, что выбранную рацию нужно настроить под нужную волну. То есть, изначально любая рация будь то любительская или профессиональная может работать не на полную мощность или работать с помехами. Современные цифровые рации лишены потребности в настройке, так как они имеют встроенную кнопку, которая позволяет в автоматическом режиме подстроить устройство под необходимую радиоволну. Остальные рации можно условно разделить на портативные (носимые) и автомобильные (стационарные). Настройка раций этих двух типов во многом похожа, хотя имеются свои особенности.

   Настройка портативных раций

      Портативные рации любительского диапазона (433-434 МГц) не требуют регистрации радиочастотным центром, поэтому их настройка довольно простой процесс. Перед покупкой нужно узнать поддерживает ли рация сменные антенны, на случай если Вам захотелось увеличить мощность рации. Также, важным моментом в работе портативных раций есть их настройка друг на друга. Для этого, на каждой рации нужно выставить один и тот же номер канала и субкод. Только в этом случае, выбранные рации будут слаженно работать друг с другом. Для передачи сообщения достаточно нажать и удерживать кнопку начала разговора. Отпустив кнопку, рация ждет приема от другого устройства. Важным элементом настройки переносной рации есть выбор позывного (опознавательного индивидуального сигнала). Это может быть любой буквенный или цифровой псевдоним, который будет уникальным для выбранной системы радиосвязи.

      Дальнейшая настройка портативной рации включает в себя настройку антенны рации. Более детально настройку антенны рации мы будем рассматривать ниже для автомобильных радиостанций. Сейчас же просто заметим, что для точной настройки антенны понадобится антенный анализатор. Но во многих случаях, для настройки рации в первом приближении, достаточно прибора, который называется КСВ-метр. С помощью него нужно настроить антенну на минимальный коэффициент стоящей волны. Обычно, оптимальным считается значение КСВ равно 1,5 или меньше. Важно также понимать, что чем выше значение КСВ волны, тем больший процент потерь мощности при передаче сигнала. Но на практике добиться КСВ = 1 практически нереально. Если же коэффициент стоящей волны больше трех, то работа в таких условиях может вывести из строя каскад передатчика. Таким образом, не настроенная портативная рация может легко выйти из строя.

   Как настроить автомобильную рацию

      Перед тем как настраивать автомобильную рацию, нужно выполнить некоторые обязательные действия. Они не только повысят эффективность последующей настройки, но и минимизируют вероятность поломки трансивера в будущем. Обычно, автомобильная рация представляет собою стационарный блок, который фиксируется в салоне автомобиля и выносную антенну. Именно антенна автомобильной рации во многом играет ключевую роль в качестве сигнала. Поэтому нужно знать основные правила при установке автомобильной антенны.

   Правила установки автомобильной антенны

   1. Недопустима установка антенны на несущие элементы. Всегда старайтесь установить автомобильную антенну на несущий кузов. Таким образом, мы обезопасим себя от возможных потерь в эффективности передачи радиосигнала.
   2. Важно устанавливать антенну на самую верхнюю часть кузова, обычно – крышу. Чем выше установлена антенна, тем сильнее сигнал.
   3. Полотно антенны должно быть установлено на расстоянии не менее 0,5 метра от любых металлических поверхностей параллельных эму. Это предотвратит возможные отражения и поглощения сигнала.
   4. Положение магнитной антенны на крыше автомобиля незначительно влияет на коэффициент стоящей волны. Поэтому, всегда старайтесь фиксировать магнитку в одном и том же положении после ее снятия.

   После правильной установки антенны ее нужно настроить. Только после настройки антенны можно спокойно пользоваться рацией в полную мощность.

   Настройка автомобильной антенны

      Лучшим вариантом настройки антенны есть настройка с помощью профессионального антенного анализатора. Но поскольку цены на такие приборы довольно высокие, многие автолюбители находят альтернативу в КСВ-метрах. С помощью этого устройства можно настроить антенну рации в первом приближении. Вот так выглядит самый простой КСВ-метр SWR-430

      Итак, настройку антенны нужно выполнять на ровной и чистой поверхности лишенной любых помех: металлические, деревянные или бетонные объекты. Важно также, что бы при настройке антенны поблизости не было других антенн 27 МГц диапазона. Вооружившись КСВ-метром можно приступать к настройке антенны. Первым делом надо подключить КСВ-метр между станцией и антенной особым образом (как показано на рисунке ниже).

    

   1. Важно выполнить замеры на разных каналах и сетках, что бы увидеть обширную картину.
   2. Делаем калибровку КСВ-метра. Для этого устанавливаем тумблер на лицевой панели в положение FWD. Выставляем на рации 20 канал модуляции AM. После этого нажимаем и держим кнопку начала разговора, при этом надо крутить регулятор CAL по часовой стрелке, таким образом, что бы стрелка прибора стала в крайнее правое положение SET.
   3. Удерживая кнопку на тангенте, переключаем тумблер на лицевой панели КСВ-метра в положение REF. Снимаем показания прибора.
   4. Находим минимум КСВ и настраиваем антенну под нужную частоту. Если минимум находится ниже необходимой частоты, то антенну укорачивают. И наоборот, если минимум выше необходимой частоты, то антенну удлиняют.
   5. Все манипуляции производят до повторной настройки антенны.
   6. Повторяем замеры пока не будет достигнут результат (КСВ не больше 1,5)

   Как уже говорилось выше, достичь КСВ=1 во многом проблематично, именно из-за особенностей конкретной пары антенна-кузов. Но даже если на нужном участке радиочастотного диапазона КСВ=2, потери в эффективности будут не более 10%. То есть, для комфортного общения и передачи сообщений без помех вполне достаточно КСВ=1,5.

   Что такое MU-MIMO — энциклопедия lanmarket.ua

   Вторая волна известного беспроводного стандарта 802.11ac wave2 представляет многопользовательскую технологию с несколькими входами (MU-MIMO — multi-user, multi-in multi-out) для поддержки растущего числа устройств WiFi, потребляющих все больше пропускной способности. Чем больше клиентских устройств подключается к Wi-Fi точке, тем медленнее она работает. Это связано с тем, что большинство маршрутизаторов и точек доступа могут общаться только с одним устройством за раз. С помощью этих однопользовательских точек доступа/маршрутизаторов (SU-MIMO) каждое устройство ждет своей очереди для отправки и приема данных, поэтому при подключении нового устройства линия и ожидание становятся немного длиннее.

   
   

   Многопользовательская технология с несколькими входами и несколькими выходами, более известная как MU-MIMO (a.k.a. Next-Gen AC или AC Wave 2), позволяет Wi-Fi устройству взаимодействовать с несколькими устройствами одновременно. Это уменьшает время, в течение которого каждое устройство должно ждать сигнала и значительно ускоряет работу сети.

   Основы MIMO и MU-MIMO

   802.11n представил технику мульти-вывода (MIMO) для повышения пропускной способности WiFi между точками доступа и клиентскими устройствами. Для работы MIMO две беспроводные станции, находящиеся в общении (то есть как точка доступа, так и клиентское устройство), должны иметь в каждом случае несколько радио / антенных цепей, которые идентичны и физически отделены друг от друга фиксированным расстоянием, чтобы преднамеренно не совпадать с фазой на рабочей длине волны.

   В 802.11ac Wave 1 пропускная способность не только улучшается с помощью MIMO, но и использует другие улучшения, в том числе использование еще более широких каналов и более сложную схему модуляции и кодирования 256-QAM. Однако эти другие механизмы имеют ограничения. Общий размер полосы 5 ГГц «конечен»; в результате, более широкие каналы приводят к меньшему количеству независимых каналов и подвержены большим помехам.

   Несмотря на попытки открыть больше нелицензированного спектра 5 ГГц для Wi-Fi, каналы с частотой 80 МГц, вероятно, будут жестким практическим пределом размера канала в будущем. Кроме того, для новых скоростей модуляции и кодирования 256-QAM (MCS) требуется минимальное SNR 37 дБ, что означает, что между устройствами WiFi требуется действительно хороший сигнал, который практически возможен только на очень близких расстояниях в очень чистых радиочастотных средах.

   Соответственно, еще один способ повышения пропускной способности состоит в том, чтобы фактически передавать данные точки доступа на несколько клиентских устройств одновременно, и это то, что касается многопользовательского MIMO (MU-MIMO).

   Однако, чтобы понять, как работает MU-MIMO, важно сначала узнать о другой технологии, внедренной, но не широко реализованой в 802.11n: формирование луча передачи (TxBF). В отличие от MIMO, который посылает другой пространственный поток на каждую антенну, передающая диаграмма направленности посылает один и тот же поток на нескольких антеннах с преднамеренными смещениями времени для увеличения диапазона. Таким образом, для формирования луча требуется использование фазированной антенной решетки, в которой имеется несколько идентичных антенн на фиксированных расстояниях разделения (чтобы быть вне фазы).

   
   

   Фаза каждого потока данных передается всеми антеннами в разное время (то есть с разными фазовыми смещениями), которые рассчитываются так, чтобы эти разные сигналы конструктивно вмешивались в определенную точку в пространстве (то есть местоположение приемника), тем самым улучшая уровень сигнала в этом месте. Сигнал может быть усилен 2x (т. Е. 3 дБ) для каждой фазированной антенны.

   
   

   Основное предостережение в отношении использования формирования луча передачи в WiFi заключается в том, что передатчик (то есть точка доступа) должен знать относительное положение приемника (то есть клиентское устройство). Точка доступа делает это, отправляя звуковые кадры, по существу независимые сигналы от каждой из своих антенн, а затем клиентское устройство отвечает матрицей, указывающей, насколько хорошо он слышал сигнал от каждой антенны. Основываясь на этих матричных данных, AP может вычислить относительное положение клиентского устройства и фазовые сдвиги на каждой из своих антенн, необходимые для максимизации конструктивных помех на клиентском устройстве.

   MU-MIMO делает этот процесс эффективней. Добавляя еще больше радиоцепей / антенн, он может контролировать фазированную диаграмму направленности антенны для управления областями максимальной конструктивной помехи: где сигнал является наиболее сильной и максимальной деструктивной помехой, где самой слабой. При наличии достаточного количества антенн и знаний об относительных позициях всех связанных клиентских устройств он может фактически создать поэтапный шаблон для общения с несколькими клиентами как независимо, так и одновременно.

   
   

   Общий процесс для MU-MIMO выглядит следующим образом:

   1. AP транслирует звуковой кадр

   2. Каждое клиентское устройство, совместимое с MU-MIMO, передает данные обратной матрицы в точку доступа

   3. AP вычисляет относительное положение каждого связанного с ним MU-MIMO-совместимого клиентского устройства

   4. AP выбирает группу клиентских устройств для одновременной связи

   5. AP вычисляет необходимые фазовые сдвиги для каждого потока данных каждому клиенту в группе и передает все потоки данных в группе клиентов

   6. AP отправляет BlockAckRequest каждому клиентскому устройству в группе отдельно, чтобы получить подтверждение относительно того, получило ли клиентское устройство данные

   7. AP получает BlockAck с каждого клиентского устройства в группе, которая успешно получила данные

   Максимальное количество одновременных клиентов меньше, чем общее количество доступных потоков AP. Это математическое ограничение, поскольку AP необходимо контролировать как области максимальных конструктивных помех, так и направлять самый сильный сигнал на желаемое клиентское устройство, а также области с максимальными разрушительными помехами, чтобы минимизировать сигнал на других клиентских устройствах в группе.

   Математически число переменных превышает количество неизвестных, поэтому один поток нельзя контролировать независимо. Тем не менее, этот последний поток можно настроить для выравнивания с другим потоком, который может использоваться для многопоточных MIMO-клиентов. Таким образом, для текущего поколения точек доступа 4×4: 4 MU-MIMO, поддерживающих 802.11ac Wave 2, действует следующая комбинация групп:

   1. Одно клиентское устройство 3×3: 3 и одно клиентское устройство потока 1×1: 1

   2. Два клиентских устройства 2×2: 2

   3. Одно клиентское устройство 2×2: 2 и до двух клиентских устройств 1×1: 1

   4. До трех клиентских устройств 1×1: 1

   Естественно, такая точка доступа может использовать обычный MIMO для одного клиента, вплоть до четырехпотокового клиентского устройства.

   Ограничения MU-MIMO

   MU-MIMO не поддерживает обратную совместимость. Клиентские устройства в группе передачи должны поддерживать механизмы обратной связи 802.11 TxBF, чтобы точка доступа могла знать местоположение каждого клиентского устройства. Хотя TxBF был представлен в 802.11n, большинство клиентских устройств 802.11n и 802.11ac Wave 1 не поддерживали механизм обратной связи. Только у очень новых клиентских устройств 802.11ac есть аппаратное обеспечение и драйверы, которые фактически поддерживают эту обратную связь TxBF. В то время как доля клиентских устройств, поддерживающих TxBF, со временем будет увеличиваться по мере обновления пользователями своих устройств, преимущества MU-MIMO могут быть достигнуты только в том случае, если и точка доступа и клиентское устройство поддерживают ее.

   Время передачи для каждого потока MU-MIMO должно быть «одинаковым». Это скорее прагматическое требование, чем техническое. Каждый пространственный поток для каждого клиента может быть передан по собственной скорости передачи данных, и каждый поток может иметь разные объемы данных. Оптимальное использование эфирного времени для максимизации пропускной способности точки доступа означает, что время передачи пространственных потоков для каждого параллельного клиента должно быть одинаковым или почти таким. Это потребует необходимости в аналогичных объемах данных, передаваемых с одинаковой скоростью передачи данных. Преимущество MU-MIMO заключается в том, что AP может говорить сразу с несколькими клиентами, но это, естественно, означает, что AP хочет одновременно запускать и заканчивать передачи нескольким клиентам для максимальной эффективности. Если передача данных одному клиенту занимает значительно больше времени, чем другие клиенты в группе, большая часть преимуществ эффективности использования времени в эфире MU-MIMO теряется.

   Соответственно, где MU-MIMO, по всей видимости, будет наиболее полезен, это среда с очень высокой пропускной способностью, например, конференц-центры и стадионы / арены. В этих средах устройства в сети довольно однородны и, следовательно, их возможности схожи. Кроме того, количество возможных комбинаций групп передачи является высоким, а типы и объемы данных, передаваемых на каждое клиентское устройство, также являются однородными (то есть, несколько пользователей используют свои устройства аналогичным образом).

   Обзор антенн для устройств GPS

   В первую очередь GPS-антенны следует разделить на пассивные и активные. Кроме того, существуют антенны внешние и для монтажа на плату. Эти две классификации антенн для GPS являются основными. Производители предлагают антенны различного типа. Не следует забывать, что антенны являются одной из самых важных составных частей беспроводных систем. Каким бы замечательным ни было оборудование, но если используется неподходящая антенна, то характеристики такой системы будут весьма далеки от желаемых. Активные антенны представляют собой пассивные антенны со встроенным малошумящим усилителем. Когда же стоит применять активные антенны? Во-первых, если в GPS-приёмнике нет возможности установки внутренней антенны — например, когда выведен разъём для подключения внешней антенны, безсуловно, лучшим вариантом будет использование активной антенны, нежели пассивной. Это позволит не только увеличить чувствительность, но и повысить соотношение «сигнал — шум» и снизить влияние помех (слабый сигнал, идущий по кабелю от пассивной антенны более подвержен воздействию внешнего электромагнитного излучения, чем сигнал от активной антенны гораздо большей амплитуды). В случае отсутствия соединительного кабеля (или в случае крайне малой его длины, которой можно пренебречь), необходимость применения активной антенны диктуется конкретной ситуацией: если разрабатывается новое устройство, то во многих случаях может быть удобнее и дешевле встроить антенный усилитель непосредственно в устройство. Готовые устройства такой усилитель уже могут содержать, поэтому к выбору типа антенны необходимо подходить индивидуально.

   Рассмотрим некоторые модели антенн, предлагаемых различными производителями. Компания Laipac предлагает целый ряд антенн для беспроводных устройств, как внешних, так и внутренних. Накладная серия антенн P1 представляет собой внешнюю активную антенну для устройств GPS (рис. 1).

   Рис. 1. Внешний вид антенны Laipac P1

   Она имеет небольшие габариты, выполнена в защищённом от внешних воздействий корпусе и поставляется с кабелем с разъёмами MMCX, SMA и MCX. Корпус имеет магнитное основание, что в большинстве случаем существенно упрощает её монтаж на место работы. В антенну встроен высокотехнологичный современный малошумящий усилитель. Имеется большое разнообразие разъёмов (которое может быть расширено поставкой антенн с заказными разъёмами). Антенны выпускаются в двух вариантах: для систем с напряжением питания 3,0 В и для систем с напряжением питания 5,0 В. Помимо хорошего усиления МШУ содержит полосовые фильтры, вырезающие все сигналы за пределами рабочего диапазона частот GPS. Рассмотрим основные рабочие характеристики антенны. Рабочая частота составляет 1575,42±3 МГц, при этом КСВН не превышает 2,0. Ширина полосы пропускания с учётом работы полосовых фильтров составляет 10 МГц. Антенна имеет коэффициент эллиптичности 3,0 дБ, её импеданс составляет 50 Ом. Максимальный коэффициент усиления собственно антенны достигает 4,0 дБ, а рассеиваемая мощность не превышает 1,0 Вт; поляризация антенны – правая круговая. Встроенный усилитель имеет следующие характеристики: коэффициент усиления сигнала без учёта затухания в кабеле — 27 дБ при коэффициенте шума 1,5 дБ; выходной КСВН не превышает 2,0. При этом напряжение питания составляет либо 3,0±0,3 В (для трехвольтовых модификаций), либо 5,0±0,5 В (для пятивольтовых). Вес — всего 35 г (без кабеля; вес с кабелем не превышает 120 г) при габаритах 49,3×49,3×17 мм. Антенна комплектуется кабелем типа RG 174 длиной 5 м. Антенна успешно функционирует в диапазоне температур от –40 до +105 ºС.

   Навинчивающаяся антенна GLP1-RA (рис. 2) предназначена для подключения к GPS-приёмникам с внутренним напряжением питания 3,3 В. Она компактна, выполнена в защищённом корпусе и в основном предназначена для производителей электроники и системных интеграторов. Суммарное усиление антенны составляет 27 дБ. Кабель с разъемом типа SMA выходит из центральной нижней части антенны. Основные технические характеристики этой антенны во многом аналогичны рассмотренной выше Р1, за исключением коэффициента шума – здесь он составляет 1,2 дБ, а потребляемый ток не превышает 20 мА. Рабочий диапазон температур менее широк: от –40 до +85 С. Диаметр антенны составляет 60 мм, а высота — 22 мм.

   Рис. 2. Внешний вид антенны Laipac GLP1-RA

   Еще одна производимая этой фирмой антенна GLP-P1P (рис. 3) уже относится к классу встраиваемых пассивных антенн без усилителя, поэтому подразумевает использование с модулями, имеющими встроенный МШУ. Ее технические характеристики аналогичны рассмотренным выше, поэтому отметим только уникальные. Ширина полосы пропускания, в отличие от антенны Р1, составляет 15 МГц. Конструкция антенны требует противовес размером 70×70 мм, при этом её вес не превышает 10 г, а габаритные размеры составляют 25×25×2 мм. Рабочий диапазон температур антенны — от –40 до +85 С, допустимая влажность — 95–100% при отсутствии конденсации. Отметим также, что этот модуль производится и в варианте со встроенным МШУ, при этом толщина увеличивается на 8 мм.

   Рис. 3. Фотография антенны Laipac GLP-P1P

   Рис. 4. Внешний вид антенны Laipac GLP1-GC

   Модель GLP1-GC (рис. 4) более интересна, поскольку представляет собой совмещённую антенну GPS/GSM и выпускается в двух реализациях: в виде накладной антенны с магнитным основанием (рис. 5) и в виде антенны для постоянного монтирования на место работы (рис. 6). Такая комбинированная антенна очень удобна и незаменима при использовании в системах телеметрии и удалённого контроля местоположения объектов, например, в системах слежения за транспортом и логистики. В последнее время интерес рынка к этой категории приложений существенно возрос, поэтому предлагаемая антенна будет интересна большинству системных интеграторов и производителей беспроводного оборудования для телеметрии. Эргономичный корпус, защищённый от внешних воздействий, удобен при использовании на внешних объектах. Антенна имеет большой коэффициент усиления в диапазоне GPS. Усиление в диапазоне GSM составляет -1 дБи. Активная часть антенны обеспечивает усиление до 27 дБ, при этом потребляемый ток не превышает 22 мА. Антенна комплектуется кабелем длиной 5 м с разъёмом типа SMA. При этом допустимый диапазон питания антенны составляет 3,0–5,0 В. Для приложений GPS антенна имеет полосу пропускания 10 МГц при импедансе 50 Ом и КСВН не более 2,0. Встроенный МШУ обеспечивает усиление 27 дБ (без учёта потерь в кабеле) и коэффициент шума не более 1,5 дБ. Для приложений GSM антенна имеет рабочий диапазон частот 880–960 МГц и импеданс 50 Ом, диаграмма направленности – круговая. Диаметр антенны 100 мм при высоте 39 мм, при этом вес её составляет 320 г. Антенна комплектуется кабелями (RG-174 для GPS и RG-58 для GSM) с разъёмами типа SMA и TNC на конце.

   Рис. 5. Габаритные и присоединительные размеры антенны GLP1-GC в исполнении с магнитным основанием

   Рис. 6. Габаритные и присоединительные размеры антенны GLP1-GC в исполнении для монтажа в отверстие

   Еще одной комбинированной антенной, предлагаемой компанией Laipac, является модель GLP1-CA (рис. 7). Технические характеристики аналогичны антенне GLP1-GC. Напряжение питания может находиться в диапазоне от 3,0 до 5,0 В, при этом максимальный потребляемый ток равен 22 мА. Антенна имеет круговую диаграмму направленности и габариты 86×60×25 мм в варианте реализации без дипольной антенны, либо 86×60×80 мм. Варианты разъёмов для GPS могут быть BNC, SMA, SMB и SMC, а для GSM – BNC, SMA и TNC.

   Рис. 7. Фотография антенны Laipac GLP1-CA

   Компания Wi-Sys Communications производит очень широкую номенклатуру антенн для GPS. Среди них как встраиваемые антенны, так и корпусированные и антенны специального назначения. При этом хочется отметить, что в каждой категории компания предлагает целый ряд оптимизированных по разным критериям решений. В качестве таких решений выступают высокий коэффициент усиления, малое энергопотребление, низкая цена, малые габариты и т. д. Объем статьи не позволяет рассмотреть их все, поэтому приведем лишь наиболее яркие из них. Все модели будут присутствовать в сводной таблице технических характеристик, которая будет дана в заключительной части этой статьи. Сначала рассмотрим встраиваемые антенны этого производителя, затем корпусированные и, наконец, кратко коснёмся антенн для устройств специального назначения.

    

   Встраиваемые антенны

   Антенны с высоким коэффициентом усиления требуются для успешной работы систем позиционирования в сложных условиях, где уровень сигнала крайне мал и усиления обычных антенн недостаточно для надёжной работы устройства. К этому классу относятся антенны серии WS3950/60 (рис. 8). Цепи малошумящего усилителя в этих антеннах разработаны на самой современной элементной базе и имеют встроенный ПАВ-фильтр, что позволяет получать надёжный и чистый сигнал даже в крайне сложных условиях. Антенна обладает круговой правой поляризацией, а встроенный малошумящий усилитель обеспечивает коэффициент усиления 28 дБ при напряжении питания 3,0 В и 28,5 дБ при питании напряжением 5,0 В, при этом коэффициент шума не превышает 0,8 дБ. Диапазон рабочих напряжений составляет 2,7-5,0 В, а потребляемый активной частью антенны ток в рабочем режиме составляет 7,5 мА (типовое значение) при напряжении питания 3,3 В. Антенна имеет габариты 28×28×9 мм. Антенна комплектуется кабелем длиной 15 см с разъёмом MMCX. Серия антенн WS3954/WS3964 внешне ничем не отличается от WS3950/60, однако их параметры оптимизированы по критерию энергопотребления. Отличие состоит в потребляемом токе – всего 2 мА при напряжении питания 2,7 В (при этом МШУ обеспечивает коэффициент усиления 18 дБ). Допустимое напряжение питания для этой серии антенн находится в диапазоне от 2,5 до 3,3 В. Серии антенн WS3957/WS3967, напротив, оптимизированы по стоимости. В них использован двухкаскадный малошумящий усилитель со встроенными фильтрами на ПАВ, в результате при напряжении питания 2,8 В достигается усиление 28 дБ (при этом потребляется ток 9 мА), а при напряжении 5,0 В – 30 дБ, при этом потребляемый ток увеличивается до 15 мА. Допустимый диапазон напряжения питания составляет от 2,7 до 5,0 В. Коэффициент шума сигнала не превышает 1,5 дБ, он немного хуже, чем в серии WS3950/60, но эти антенны дешевле. Имеется также герметизированный вариант WS3967-P, по электрическим характеристикам аналогичный антеннам серий WS3957/WS3967.

   Рис. 8. Фотография антенны Wi-Sys WS3950/60

   Другим довольно интересным и необычным решением компании Wi-Sys являются антенны серии WS4051/WS4061 со встроенным разъёмом MCX (рис. 9). Производитель позиционирует их как решения для встраиваемых систем. Антенны имеют коэффициент шума сигнала 0,8 дБ и могут функционировать при напряжении питания от 2,7 до 5,0 В. Коэффициент усиления МШУ составляет не менее 28 дБ при напряжении 3,3 В (при этом потребляемый ток составляет 7,5 мА) и 28,5 дБ при питании 5,0 В. В этом семействе антенн также имеются серии, оптимизированные для приложений с минимальным энергопотреблением – это серии WS4055/WS4065. Их конструктивное исполнение аналогично антеннам WS4051/WS4061, отличия же заключаются только в электрических параметрах: их напряжение питания составляет 2,5-3,3 В, при этом потребляемый ток при питании 2,7 В составляет всего 2,0 мА. При напряжении питания 3,3 В обеспечивается коэффициент усиления МШУ не менее 18 дБ, коэффициент шума при этом не превышает 1 дБ.

   Рис. 9. Внешний вид антенн Wi-Sys WS4051/WS4061

   Для портативных приложений компания Wi-Sys разработала специальные сверхкомпактные антенны с продольными размерами всего 13 и 18 мм. К первым относится серия антенн WS1357 (рис. 10), которые предназначены для встраиваемых приложений и имеют хорошую защиту от электростатических разрядов. Диапазон допустимого напряжения питания составляет 2,7-5,0 В, коэффициент шума МШУ не превышает 1,5 дБ. При этом МШУ обеспечивает усиление 28 дБ при напряжении питания 3,3 В (при этом ток потребления составляет 9 мА) и 28,5 дБ при напряжении 5,0 В (при этом потребляется ток 15 мА). Антенна WS1857 имеет продольные размеры 18×18 мм, коэффициент усиления встроенного в них усилителя при напряжении питания 5,0 В достигает 30 дБ.

   Рис. 10. Внешний вид антенны Wi-Sys WS1357

   Как и многие производители GPS-антенн, компания Wi-Sys следует требованиям рынка и предлагает своим потребителям комбинированные антенны. Представитель этой категории – антенна WS3940-ULD (рис. 11). Она имеет ультратонкий профиль, что позволяет с успехом её использовать в миниатюрных и портативных устройствах. Диапазон напряжения питания этой антенны составляет 2,7-5,5 В, при этом типовое значение потребляемого тока — около 8 мА. Типовой коэффициент усиления малошумящего усилителя подсистемы GPS этой антенны равен 25 дБ, при этом коэффициент шума не превышает 1,6 дБ. Антенна работает в следующих диапазонах: 824–894 МГц (сотовая телефония), 890–960 МГц (GSM), 1710–1880 МГц (Европа) и 1850–1990 МГц (Северная Америка).

   Рис. 11. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3940-ULD

    

   Корпусированные антенны

   Предназначены для внешнего использования или замены/монтажа в уже готовые устройства GPS. Компания Wi-Sys производит ряд антенн этой категории: с магнитным основанием для простого монтажа на металлические поверхности; радиального типа для монтажа на штырь (на самом деле это полая трубка с внешней резьбой, внутри которой проходит коаксиальный кабель) и накладные антенны для монтажа на поверхности. В первой категории предлагается три серии антенн, оптимизированных с точки зрения минимума шумов, малого энергопотребления и небольшой цены. Антенны отличаются только ценой и техническими характеристиками, внешний же вид этих трёх серий одинаков. Серия антенн WS3910 (рис. 12) представляет специально разработанные антенны на базе керамических элементов, что позволило добиться снижения эффекта расстройки, который вызывается окружающими антенну предметами.

   Рис. 12. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3910

   Антенна обладает отличными параметрами и очень удобна при монтаже: она не только имеет магнитное основание, существенно упрощающее монтаж на место эксплуатации, но и расположенные в нижней части отверстия, которые дают возможность также выполнять крепление винтами. При этом вес антенны — 120 г, а габаритные размеры — всего 45×51×12 мм. Рабочий диапазон температур довольно широк и охватывает допустимые значения в диапазоне от –40 до +80 С. Антенна относится к классу малошумящих, поэтому суммарный коэффициент шума получаемого от антенны сигнала для этой модели не превышает 0,8 дБ. При этом малошумящим усилителем обеспечивается отличное усиление: 28 дБ при напряжении 3,3 В (при этом потребляемый ток не превышает 7,5 мА) и 28,5 дБ при напряжении питания 5,0 В (потребляемый ток 11,5 мА). Как и все рассмотренные ранее антенны, эта модель имеет импеданс 50 Ом. Производитель рекомендует заказывать антенну, укомплектованную коаксиальным кабелем с разъёмом типа SMA, однако по запросу возможна поставка с разъёмами SMB, SMC, MCX, BNC и TNC. Серия WS3914 (внешний вид показан на рис. 11) оптимизирована для использования в малопотребляющей технике: ток потребления при напряжении питания 2,7 В не превышает 2 мА. При этом достигаются хорошие электрические параметры, определяемые используемым МШУ: он обеспечивает коэффициент усиления 18 дБ и шум не более 1 дБ (при напряжении 3,3 В). Допустимый диапазон питающего напряжения составляет от 2,5 до 3,3 В. Антенна поставляется с теми же типами разъёмов, что и WS3910. Еще один представитель категории антенн с магнитным основанием — модель WS3917, критерий оптимизации которой — цена. Она обладает хорошими электрическими параметрами при небольшой стоимости: напряжение питания 2,7–5,0 В, при этом МШУ обеспечивает усиление 28 дБ и коэффициент шума не более 1,5 дБ. Потребляемый активной частью антенны ток значительно выше, чем у модели WS3914, но за снижение цены приходится платить большим энергопотреблением: при напряжении питания 3,3 В усилитель антенны потребляет ток 9,0 мА, а при напряжении 5,0 В — 15,0 мА, а диапазон допустимого напряжения питания значительно шире: 2,7–5,0 В. Типы разъемов аналогичны модели WS3914, антенна поставляется с коаксиальным кабелем длиной 3 м, потери в котором составляют 1,3 дБ/м, то есть полное затухание в кабеле достигает 3,9 дБ, однако большой коэффициент усиления МШУ нейтрализует эту проблему.

   Рис. 13. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3977

   Категория антенн для монтажа в отверстие компании Wi-Sys представлена серией WS3977 (рис. 13). Эти антенны отличаются крайне высоким подавлением внеполосных частотных компонент сигнала. В активной части используется современная элементная база с применением фильтров на ПАВ, что обеспечивает ей хорошие электрические параметры. Для удобства монтажа производитель также предлагает специальный кронштейн для крепления на горизонтальные поверхности. Габаритные и присоединительные размеры антенны WS3977 показаны на рис. 14. Антенна помещена в пыле-влагозащищённый корпус диаметром 66 мм и высотой 44,4 мм, при этом полный вес антенны равен 50 г. Диапазон допустимых напряжений питания расширенный — от 2,7 В до 5,0 В. Коэффициент шума не более 1,5 дБ при усилении 28 дБ (напряжение питания 3,3 В) и 30 дБ (питание 5,0 В). Антенна поставляется с единственным типом разъёма — TNC.

   Рис. 14. Габаритные и присоединительные размеры антенны WS3977

   Антенны для монтажа на поверхность производства компании Wi-Sys представлены семейством WS3977 (рис. 15). Антенны очень компактны (44,28×13,42 мм) и незаметна при использовании, при этом сохранены отличные технические характеристики, сохраняющиеся при работе от источника питания с выходным напряжением 2,7–5,0 В.

   Рис. 15. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3977

   Способ крепления этой антенны (четырьмя винтами М4×40) легко понять из рис. 16, на котором приведены габаритные и присоединительные размеры, необходимые для её монтажа на место эксплуатации. Энергопотребление антенны относится к среднему классу и составляет 9 мА при нижнем предельном напряжении питания и 15 мА при верхнем, при этом коэффициент усиления для первого режима составляет 28 дБ, а для второго превышает 30 дБ. В отличие от предыдущих моделей, антенна WS3977 не снабжена кабелем, а имеет встроенный разъём типа MCX, что в большинстве случаев является не проблемой, а преимуществом, поскольку этим обеспечивается бульшая гибкость и удобство, чем при использовании антенн со встроенным кабелем.

   Рис. 16. Габаритные и присоединительные размеры антенны WS3977

   Расширенный диапазон температур (–40… +85 ºС) и герметичная конструкция позволяют без проблем использовать антенну в сложных условиях эксплуатации. Кроме того, на заказ антенна может поставляться в корпусах различного цвета.

    

   Специализированные антенны

   Категория специализированных антенн компании Wi-Sys представлена несколькими интересными моделями. Одной из них является WS3940 — комбинированная активная антенна, к которой можно подключить GPS-приёмник и сотовый модем или телефон. Яркой отличительной особенностью этой модели является то, что она специально предназначена для монтажа на стеклянные поверхности (рис. 17).

   Рис. 17. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3940

   Эта модель очень удобна для применения в телематических приложениях и позволяет достичь отличной точности данных позиционирования, а также чистой надёжной связи центра с мобильным объектом. Антенна универсальна и помимо GPS способна работать в следующих частотных диапазонах: 824–894 МГц (сотовая телефония), 890–960 МГц (GSM), 1710–1880 МГц (европейский) и 1850–1990 МГц (Северная Америка). Диапазон рабочих напряжений питания — 2,7–5,0 В, при этом типовой потребляемый активной частью антенны ток составляет 8 мА. Коэффициент шума МШУ не превышает 1,6 дБ, при этом обеспечивается типовое усиление 25 дБ. Антенна достаточно компактна: её габаритные размеры 140×75×8 мм (рис. 18).

   Рис. 18. Габаритные и присоединительные размеры антенны WS3940

   Другой специализированной антенной является WS3942 (рис. 19). Как и предыдущая, эта модель предназначена для использования в телематических приложениях, поскольку обеспечивает работу как в диапазоне GPS, так и в диапазонах сотовой телефонии. Антенна состоит из двух объединённых блоков и активной части — малошумящего усилителя. Первый блок представляет собой накладную GPS-антенну, а второй — штыревую сотовую антенну. При этом в нижней части антенны имеется магнитное основание, что облегчает ее установку.

   Рис. 19. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3942

   Она выпускается в двух модификациях — для Северной Америки и Европы, различия которых заключаются в поддерживаемых диапазонах частот (сотовая часть): для первого региона поддерживаются диапазоны сотовой телефонии 824–894 МГц и 1850–1990 МГц, а для второго — 890–960 МГц и 1710–1880 МГц. Встроенный малошумящий усилитель обеспечивает усиление 28 дБ при коэффициенте шума 1,6 дБ. Диапазон допустимого напряжения питания — от 2,7 В до 5,0 В. Экономичность антенны также на хорошем уровне: при напряжении питания 3,3 В потребляется ток — не более 9 мА. Эта модель за счет использования штыревой антенны имеет меньшие габариты: 45×51×64 мм (рис. 20).

   Рис. 20. Габаритные и присоединительные размеры антенны WS3942

   Антенна WS3947 (рис. 21) является также комбинированной и помимо работы с GPS обеспечивает возможность работы в диапазонах сотовой телефонии 3G, и, кроме того, одновременно позволяет работать в ISM-диапазоне 2,4 ГГц, что дает возможность использовать её в качестве и антенны для Wi-Fi. Необходимо отметить, что количество аналогов на рынке невелико. Антенна обеспечивает возможность применения в различных географических регионах, поэтому поддерживаются следующие диапазоны частот: 824–894 МГц (сотовая телефония), 890–960 МГц (сотовая телефония GSM), 1710–1880 МГц (Европа), 1850–1990 МГц (Северная Америка), 1885–2200 МГц (Европа и США, диапазон для систем мобильной телефонии 3G), 2400–2500 МГц (ISM-диапазон).

   Рис. 21. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3947

   Характеристики активной части антенны следующие: диапазон напряжений питания 3,0–5,0 В, коэффициент усиления 28 дБ при коэффициенте шума 1,5 дБ; ток потребления при напряжении питания 3,5 В равен 9 мА. При таком сочетании возможностей антенна не только невелика по размерам, но и очень тонка — ее толщина 8,5 мм, а габариты 132,1×58,9 мм (рис. 22).

   Рис. 22. Габаритные и присоединительные размеры антенны WS3947

   И, наконец, в заключение краткого обзора антенн компании Wi-Sys рассмотрим комбинированную GPS/Wi-Fi активную антенну WS3948. Внешне она очень напоминает антенну WS3942 и имеет такую же конструкцию: накладную основную часть с магнитным основанием, содержащую антенну GPS и объединённую с ней штыревую антенну для приложений Wi-Fi. В нижней части магнитного основания также имеются резьбовые отверстия для обеспечения более надёжного крепления винтами. Диапазон питания активной части антенны здесь немного больше: допустимым является напряжение в диапазоне 2,7–5,5 В. При напряжении 3,3 В МШУ антенны потребляет ток 9 мА и обеспечивает усиление 28 дБ.

   Литература
   1. http://www.laipac.com/
   2. http://www.wi-sys.com/ /ссылка утрачена/

   Как работают антенны и передатчики?

   Как работают антенны и передатчики? — Объясни это Рекламное объявление

   Криса Вудфорда. Последнее изменение: 6 октября 2021 г.

   Представьте, что вы протягиваете руку и ловите слова, картинки и информация проходит мимо. Вот примерно то, что антенна (иногда называемый антенной) делает: это металлический стержень или блюдо, улавливает радиоволны и превращает их в электрические сигналы, питающие во что-то вроде радио или телевизор или телефонная система.Такие антенны иногда называют приемниками. Передатчик — это антенны другого типа, выполняющие функции, противоположные приемнику: он превращает электрические сигналы в радиоволны, чтобы они могли путешествовать иногда тысячи километров вокруг Земли или даже в космос и назад. Антенны и передатчики — ключ практически ко всем формы современной телефонной связи. Давайте подробнее рассмотрим, что они есть и как они работают!

   Фото: огромная 70-метровая спутниковая антенна Canberra с глубокой тарелкой в ​​Австралии.Фото любезно предоставлено НАСА в палате общин.

   Как работают антенны

   Предположим, вы руководитель радиостанции и хотите транслируйте свои программы в мир. Как вы это делаете?

   Вы используете микрофоны, чтобы улавливать звуки голосов людей и поворачивать их в электрическую энергию. Вы берете это электричество и слабо говоря, заставьте его течь по высокой металлической антенне (усиливая ее мощность много раз, поэтому он будет путешествовать так далеко, как вам нужно, в мир).Как электроны (крошечные частицы внутри атомов) в электрическом токе колеблются взад и вперед вдоль антенны, они создают невидимое электромагнитное излучение в виде радиоизлучения. волны. Эти волны, частично электрические и частично магнитные, распространяются со скоростью света, забирая ваше радио. программа с ними. Что происходит, когда я включаю радио у себя дома в нескольких милях отсюда? Радиоволны, которые вы послали, проходят через металлическую антенну и заставляют электроны покачиваться взад и вперед. Это порождает электрический ток — сигнал о том, что электронные компоненты внутри моего радио снова включается в звук, который я слышу.

   Иллюстрация: Как передатчик посылает радиоволны приемнику. 1) Электричество, поступающее в антенну передатчика, заставляет электроны колебаться вверх и вниз, создавая радиоволны. 2) Радиоволны распространяются по воздуху со скоростью света. 3) Когда волны достигают приемной антенны, они заставляют электроны внутри нее вибрировать. Это производит электрический ток, который воссоздает исходный сигнал.

   Антенны передатчика и приемника часто очень похожи в дизайн.Например, если вы используете что-то вроде спутникового телефона который может отправлять и принимать видео-телефонные звонки в любое другое место на Земле, используя космические спутники, сигналы, которые вы передаете и получаете все проходят через одну спутниковую антенну — особый вид антенны в форме чаши (технически известный как параболический отражатель , потому что блюдо изгибается в форме графика, называемого параболой).

   Фото: параболическая тарелка-рефлектор (1) улавливает приходящие волны и отбрасывает их до концентрирующий «субрефлектор» гораздо меньшего размера над и в центре тарелки (2), из которого они отражается вниз для обработки (3).Такая тарелка также может работать как передатчик, просто посылая радиолучи в обратном направлении. Фотография антенны Сети глубокого космоса любезно предоставлена НАСА.

   Часто, однако передатчики и приемники выглядят по-разному. ТВ или радио радиовещательные антенны — это огромные мачты, иногда растягивающиеся на сотни метров / футов в воздух, потому что они должны посылать мощные сигналы на большие расстояния. (Один из тех, на которые я регулярно настраиваюсь, на Саттон Колдфилд в Англии, мачта имеет высоту 270,5 метра или 887 футов, что соответствует примерно 150 высоким стоящим людям. друг на друга.) Но вам не нужно ничего такого большого на телевизоре или радио дома: антенна гораздо меньшего размера подойдет.

   Волны не всегда проходят по воздуху от передатчика к приемнику. В зависимости от того, какие виды (частоты) волн мы хотим послать, как далеко мы хотим их послать и когда мы хотим это сделать, на самом деле существует три различных способа распространения волн: 1) По линии зрение; 2) земной волной; 3) Через ионосферу.

   Иллюстрация: Как волна распространяется от передатчика к приемнику: 1) По прямой видимости; 2) земной волной; 3) Через ионосферу.

   1. Как мы уже видели, они могут стрелять по прямой линии, так называемой «прямой видимости» — точно так же, как луч света. В старомодных междугородных телефонных сетях микроволновые печи использовались для передачи вызовов таким образом между очень высокими коммуникационными вышками. (волоконно-оптические кабели в значительной степени сделали это устаревшим).

      Фото: Антенны, которые используют связь прямой видимости, должны быть установлены на высоких башнях, как это. Вы можете видеть тонкие диполи антенны, торчащие из верхней части, но большая часть того, что вы видите здесь, — это просто башня, которая держит антенну высоко в воздухе.Фото Пьера-Этьена Куртежуа любезно предоставлено Армией США.

   2. Они могут двигаться вокруг кривизны Земли в так называемой земной волне. AM (средневолновое) радио имеет тенденцию перемещаться по этому пути на короткие и средние расстояния. Это объясняет, почему мы можем слышать радиосигналы за горизонтом (когда передатчик и приемник не находятся в пределах видимости друг друга).
   3. Они могут выстрелить в небо, отразиться от ионосферы (электрически заряженной части верхней атмосферы Земли) и снова спуститься на землю.Этот эффект лучше всего работает ночью, что объясняет, почему удаленные (иностранные) AM-радиостанции намного легче поймать по вечерам. Днем уходящие в небо волны поглощаются нижними слоями ионосферы. Ночью этого не происходит. Вместо этого более высокие слои ионосферы улавливают радиоволны и отбрасывают их обратно на Землю, давая нам очень эффективное «небесное зеркало», которое может помочь переносить радиоволны на очень большие расстояния.
   Рекламные ссылки

   Какой длины должна быть антенна?

   Самая простая антенна представляет собой кусок металлического провода, прикрепленный к радио.Первое радио, которое я когда-либо построил, когда мне было 11 или 12 лет, было кристалл с длинной петлей из медного провода, выступающей в качестве антенны. Я запустил антенна прямо под потолком моей спальни, так что это должно быть всего около 20–30 метров (60–100 футов) в длину!

   Большинство современных транзисторных радиоприемников имеют как минимум две антенны. Один из это длинный блестящий телескопический стержень, который вынимается из корпуса и поворачивается для приема сигналов FM (частотная модуляция). В другое — антенна внутри корпуса, обычно прикрепленная к основному печатная плата, и она принимает сигналы AM (амплитудной модуляции).(Если вы не уверены в разнице между FM и AM, обратитесь к нашей статье о радио.)

   Зачем в радиоприемнике две антенны? Сигналы на этих разные диапазоны волн переносятся радиоволнами разных частота и длина волны. Типичные радиосигналы AM имеют частоту 1000 кГц (килогерц), тогда как типичные FM-сигналы составляют около 100 МГц (мегагерцы) — поэтому они вибрируют примерно в сто раз быстрее. Поскольку все радио волны движутся с одинаковой скоростью (скорость света 300 000 км / с или 186000 миль в секунду), сигналы AM имеют длины волн примерно в сто раз больше, чем FM-сигналы.Вам нужно два антенны, потому что одна антенна не может уловить такие огромные разный диапазон длин волн. Это длина волны (или частота, если вы предпочитаете) радиоволн, которые вы пытаетесь обнаружить, определяет размер и тип антенны, которую вам нужно использовать. Говоря в широком смысле, длина простой (стержневой) антенны должна составлять примерно половину длины волны радиоволны, которые вы пытаетесь получить (также можно сделать антенны на четверть длины волны, компактные миниатюрные антенны, длина которых составляет около одной десятой длины волны, и мембранные антенны, которые еще меньше, хотя мы не будем здесь вдаваться в подробности).

   Длина антенны — не единственное, что влияет на длину волны. ты собираешься забрать; если бы это было, радио с фиксированной длиной антенны может принимать только одну станцию. Антенна подает сигналы в схему настройки. внутри радиоприемника, который предназначен для «фиксации» одной конкретной частоты и игнорирования остальных. Самая простая схема приемника (вроде той, что вы найдете в кристаллическом радио) не что иное, как моток проволоки, диод и конденсатор, и он подает звуки в наушник.Схема реагирует (технически резонирует с , что означает электрические колебания) на частоте, на которую вы настроены. и отбрасывает частоты выше или ниже этого. Регулируя емкость конденсатора, вы меняете резонансную частоту, что настраивает ваше радио на другую станцию. Задача антенны — улавливать энергию проходящих радиоволн, достаточную для того, чтобы цепь резонирует только на нужной частоте.

   Антенны AM и FM: длинное и короткое

   Посмотрим, как это работает для FM.Если я попытаюсь послушать типичный радиовещание на частоте FM 100 МГц (100000000 Гц), волны, несущие мою программу, имеют длину около 3 м (10 футов). Итак, идеал длина антенны составляет около 1,5 м (4 фута), что примерно соответствует длина телескопической антенны FM-радио, когда она полностью выдвинута.

   Фото: Рамочная антенна AM внутри типичного транзисторного радиоприемника. очень компактный и очень направленный. Проволока розового цвета, из которой состоит антенна, намотана на толстый ферритовый сердечник (черный стержень).Обычно, как вы можете видеть здесь, на одном ферритовом стержне расположены две отдельные антенны: одна для AM (средневолновая) и одна для LW (длинноволновая).

   Теперь для AM длины волн примерно в 100 раз больше, так почему же вы этого не делаете? нужна антенна длиной 300 м (0,2 мили), чтобы принимать их? Что ж, вам нужна мощная антенна, вы просто не знаете, что она там есть! АМ-антенна внутри транзисторного радиоприемника работает совсем по-другому. путь к антенне FM снаружи. Где FM-антенна улавливает электрическую часть радиоволны, вместо этого AM-антенна соединяется с магнитной частью .Это очень тонкая проволока (обычно несколько десятков метров) закольцованы вокруг ферритового (магнитного) сердечника, от нескольких десятков до нескольких сотен раз, что в значительной степени концентрирует магнитную часть радиосигналов и создает («индуцирует») более сильный ток в проводе. обернуты вокруг них. Это означает, что такая антенна может быть действительно крошечной и при этом иметь отличную производительность. Без ферритового стержня рамочной антенне требуется намного больше витков провода. (так что тысячи вместо сотен или десятков) или петли проволоки нужно быть намного больше.Поэтому внешние FM-антенны для радиоприемников иногда берут форма большой петли, может быть, 10–20 см (4–8 дюймов) в диаметре или около того.

   Изображение: Вверху: Электромагнитные радиоволны состоят из вибрирующих электрических волн (синий) и магнитных волн (красный), перемещающихся вместе со скоростью света (черная стрелка). Внизу: Слева: FM-антенна улавливает относительно коротковолновую высокочастотную электрическую часть FM-радиоволн. Справа: ферритовая рамочная антенна AM улавливает и концентрирует магнитные составляющие более длинноволновых и низкочастотных электромагнитных волн.

   Пока все хорошо, но как насчет мобильных телефонов? Почему им нужны только короткие и короткие антенны вроде той, что на фото? Мобильные телефоны тоже используют радиоволны, также движущиеся со скоростью света, и с типичной частотой 800 МГц (примерно в десять раз больше, чем FM-радио). Это означает, что их длина волны примерно в 10 раз короче, чем у FM-радио, поэтому им нужно антенна размером примерно в одну десятую. В смартфонах антенна обычно растягивается вокруг внутренней части корпуса. Посмотрим, как это вычисляется: если частота 800 МГц, длина волны 37.5 см (14,8 дюйма), а половина длины волны будет быть 18 см (7,0 дюйма). Мой нынешний смартфон LG имеет длину около 14 см (5,5 дюйма), так что вы можете видеть мы находимся на правильном пути.

   Фото: 1) Эта телескопическая антенна FM-радио выдвигается на длину около 1–2 м (3–6 футов или около того), что примерно вдвое меньше длины радиоволн, которые она пытается уловить. 2) Мобильные телефоны имеют особенно компактные антенны. Более старые (например, Motorola слева) имеют короткие внешние антенны или те, которые выдвигаются телескопически.(Открытая часть антенны — это то, на что указывает мой палец и есть еще одна деталь, которую мы не видим бегущей по краю печатной платы внутри корпуса.) Более новые мобильные телефоны (например, модель Nokia справа) имеют более длинные антенны, полностью встроенные в корпус.

   Другие типы антенн

   Простейшие радиоантенны представляют собой длинные прямые стержни. Много Внутренние телевизионные антенны имеют форму диполя : металлический стержень, разделенный на две части и сложены горизонтально, так что немного похоже на человека, стоящего прямо их руки вытянуты горизонтально.Более изысканный открытый Телевизионные антенны имеют несколько таких диполей, расположенных вдоль центрального опорный стержень. Другие конструкции включают круглые петли из проволоки и конечно, параболические спутниковые тарелки. Почему так много разных дизайнов? Очевидно, что волны, приходящие на антенну от передатчика, абсолютно одинаковы, несмотря ни на что. форма и размер антенны. Другой вид диполей поможет сконцентрировать сигнал, чтобы его было легче обнаружить. Этот эффект можно усилить еще больше, добавив несвязанные «фиктивные» диполи, известные как направляющие и отражатели, которые направляют большую часть сигнала на действительные принимающие диполи.Это эквивалентно усилению сигнала и возможности принимать более слабый сигнал, чем более простая антенна.

   Иллюстрации: Четыре распространенных типа антенн (красные) и места, где они лучше всего воспринимаются (оранжевые): основной диполь, сложенный диполь, диполь и отражатель, а также Яги. Базовая или сложенная дипольная антенна одинаково хорошо улавливает перед своими полюсами или за ними, но плохо на каждом конце. Антенна с отражателем улавливает намного лучше с одной стороны, чем с другой, потому что отражающий элемент (красная дипольоподобная полоса слева) отражает больше сигнала на свернутый диполь справа.Yagi еще больше преувеличивает этот эффект, улавливая очень сильный сигнал с одной стороны и почти не обнаруживая сигнала где-либо еще. Он состоит из множества диполей, отражателей и директоров.

   Важные свойства антенн

   Три характеристики антенн особенно важны, а именно их направленность, усиление и полоса пропускания.

   Направленность

   Диполи очень направленные : они улавливают приходящие радиоволны, идущие в под прямым углом к ​​ним.Вот почему телевизионная антенна должна быть правильно установлен на вашем доме и обращен в правильную сторону, если вы собираетесь получить четкую картину. Телескопическая антенна на FM-радио меньше очевидно направленный, особенно если сигнал сильный: если вы направьте его прямо вверх, он будет улавливать хорошие сигналы от практически любое направление. Ферритовая антенна AM внутри радиоприемника гораздо более направленный. Слушая AM, вы найдете себя нужно повернуть рацию, пока она не улавливает действительно сильный сигнал.(Как только вы найдете лучший сигнал, попробуйте повернуть радио ровно на 90 градусов и обратите внимание на то, как сигнал часто отваливается практически на нет.)

   Хотя высоконаправленные антенны могут показаться болезненными, когда они правильно выровнены, они помогают уменьшить помехи от нежелательных станций или сигналов, близких к той, которую вы пытаетесь обнаружить. Но направленность — не всегда хорошо. Подумайте о своем мобильном телефоне. Вы хотите, чтобы он мог принимать звонки, где бы он ни находился относительно ближайшая телефонная мачта или забирайте сообщения, куда бы он ни указывал, когда он лежит в сумке, так что направленная антенна не годится.То же самое и с GPS-приемником, который сообщает вам, где вы находитесь. с использованием сигналов нескольких космических спутников. Поскольку сигналы приходят из разных спутники, находящиеся в разных местах неба, отсюда следует, что они приходят с разных направлений, так что, опять же, высоконаправленная антенна не была бы такой полезной.

   Усиление

   Коэффициент усиления антенны — это очень техническое измерение, но, в общем, сводится к тому, насколько он увеличивает сигнал. Телевизоры часто принимают слабый, призрачный сигнал даже без антенна подключена.Это потому, что металлический корпус и другие компоненты действуют как основная антенна, не сфокусированная на каком-либо конкретном направление, и по умолчанию подбирает какой-то сигнал. Добавить правильный направленная антенна, и вы получите намного лучший сигнал . Коэффициент усиления измеряется в децибелах (дБ), и (как правило), чем больше коэффициент усиления тем лучше ваш прием. В случае с телевизорами вы получите гораздо больший выигрыш от сложной внешняя антенна (например, с 10–12 диполями в параллельной «решетке»), чем от простого диполя.Все наружные антенны работают лучше, чем комнатные, а также оконные и навесные. имеют больший прирост и работают лучше встроенных.

   Пропускная способность

   Ширина полосы антенны — это диапазон частот (или длины волн, если хотите), на которых он работает эффективно. В чем шире полоса пропускания, тем больше дальность действия различных радиостанций волны, которые вы можете уловить. Это полезно для чего-то вроде телевидения, где вам может понадобиться выбрать много разных каналов, но много менее полезен для телефона, мобильного телефона или спутниковой связи где все, что вас интересует, это очень специфическая радиоволна передача на довольно узком частотном диапазоне.

   Фотографии: Больше антенн: 1) Антенна, которая питает RFID-метку, вставленную в библиотечную книгу. Схема внутри него не имеет источника питания: она получает всю свою энергию от приходящих радиоволн. 2) Дипольная антенна внутри карты Wi-Fi для беспроводного Интернета PCMCIA. Он работает с радиоволнами 2,4 ГГц с длиной волны 12,5 см, поэтому его длина должна составлять всего около 6 см.

   Кто изобрел антенны?

   На этот вопрос нет простого ответа, потому что радио превратилось в полезный технологии через вторую половину XIX века благодаря работе довольно несколько разных людей — как ученых-теоретиков, так и экспериментаторов-практиков.

   Кто были эти пионеры? Шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл разработал теорию радио примерно в 1864 году. и Генрих Герц доказал, что радиоволны действительно существовали примерно 20 лет спустя (они были некоторое время спустя назвал в его честь волны Герца). Несколько лет спустя, на встрече в Оксфорде, Англия, 14 августа 1894 года, английский физик, Оливер Лодж , продемонстрировал, как радиоволны могут использоваться для передачи сигналов. из одной комнаты в другую в том, что он позже описал (в своей автобиографии 1932 года) как «очень инфантильный вид радиотелеграфии.» Лодж подал патент США на «электрический телеграф» 1 февраля 1898 года, описывая устройство для «оператора» с помощью того, что сейчас известно как «телеграфия на волнах Герца» для передачи сообщений через космос на любой один или несколько из множества различных люди в разных местах … «Неизвестный Лоджу на том этапе Гульельмо Маркони проводил свои собственные эксперименты в Италии примерно в то же время — и в конечном итоге оказался лучшим шоуменом: многие люди думают о нем как о «изобретателем радио» по сей день, тогда как, по правде говоря, он был только одним из группы дальновидных людей, которые помог превратить науку об электромагнитных волнах в практическую технологию, меняющую мир.

   Иллюстрация: иллюстрация Оливера Лоджа посылки радиоволн через космос от передатчика (красный) к приемнику (синий) на некотором расстоянии, взятая из его патента 1898 года US 609,154: Electric Telegraphy. Предоставлено Бюро по патентам и товарным знакам США.

   Ни в одном из первоначальных радиоэкспериментов не использовались передатчики или приемники, которые мы бы сразу узнали сегодня. Герц и Лодж, например, использовали часть оборудования, называемую генератором искрового разрядника: пара цинковых шариков, прикрепленных к коротким отрезкам медной проволоки с воздушным зазором между ними.Лодж и Маркони использовали когереры Бранли (стеклянные трубки, заполненные металлическими опилками) для обнаружения передаваемых ими волн. и получил, хотя Маркони счел их «слишком неустойчивыми и ненадежными» и в конце концов разработал свой собственный детектор. Вооружившись этим новым оборудованием, он проводил систематические эксперименты, выясняя, как высота антенны влияет на расстояние, на которое он может передавать сигнал.

   А остальное, как говорится, уже история!

   Рекламные ссылки

   Узнать больше

   На этом сайте

   Книги

   • Справочник по проектированию антенн Джона Л.Волакис (ред.). McGraw-Hill, 2018. Огромное, исчерпывающее, теоретическое и практическое руководство по всем распространенным типам антенн.
   • Теория антенн: анализ и проектирование Константина А. Баланиса. Wiley, 2016. Хорошее общее теоретическое введение, предназначенное для студентов, изучающих физику и электротехнику. Не совсем подходит для начинающих — и вам понадобится хорошее понимание математики.
   • Маленькие антенны: методы и приложения миниатюризации Джон Л. Волакис и др. МакГроу-Хилл, 2010.Ознакомьтесь с теорией и практическим дизайном небольших антенн для мобильных телефонов, RFID и других приложений.
   • Теория и практика антенн Раджешвари Чаттерджи. New Age International, 2006.

   Статьи

   • Ни одна антенна не сможет выжить в жестокой радиоактивной среде Европы — до сих пор Насер Э. Чахат, IEEE Spectrum, 21 июля 2021 г. Как вы проектируете антенны для экстремальных условий космоса?
   • Крошечные мембранные антенны Чарльза К. Чоя. IEEE Spectrum, 22 августа 2017 г.Современные антенны теперь можно уменьшить до 1/000 длины волны, которая им необходима.
   • Настраиваемые антенны из жидкого металла для настройки на что угодно. Автор Александр Хеллеманс. IEEE Spectrum, 19 мая 2015 г. Какие антенны нам понадобятся для высокочастотных и коротковолновых радиоприложений в будущем?
   • Патент Apple, умно скрывающий антенну в клавиатуре, автор — Кристина Боннингтон. Wired, 17 августа 2011 г. Как клавиатуры Apple скрывают антенны беспроводной связи под клавишами.
   • Внутри лаборатории разработки антенн Apple, Брайан Х. Чен. Wired, 16 июля 2010 г. Экскурсия по секретной лаборатории Apple по тестированию антенн.
   • Rabbit Ears Perk Up for Free HDTV от Мэтта Рихтела и Дженны Уортэм. The New York Times, 5 декабря 2010 г. Зрители, уставшие от цен на кабельное телевидение, вновь открывают для себя радость устаревших антенн и бесплатного телевидения.
   • Повышение сигнала для мобильных телефонов: BBC News, 22 апреля 2008 г. Как оксфордские ученые разработали более сложную антенну для мобильного телефона.
   • По мере того, как автомобили становятся более связными, скрытие антенн становится труднее, Иван Бергер. The New York Times, 14 марта 2005 г. ..
   • Взлом трубки Pringles, Марк Уорд, BBC News, 8 марта 2002 г. Интересная новость, объясняющая, как хакеры использовали направленные антенны, сделанные из трубок Pringles, для взлома беспроводных сетей.
   • Что вы должны знать о телевизионных антеннах Роберт Херцберг, Popular Science, декабрь 1950 г. Эта старая статья из архивов Popular Science остается очень ясным и актуальным введением в конструкцию антенн.

   Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

   статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

   Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2008, 2018. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

   Следуйте за нами

   Сохранить или поделиться этой страницей

   Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

   Цитировать эту страницу

   Вудфорд, Крис.(2008/2018) Антенны и передатчики. Получено с https://www.explainthatstuff.com/antennas.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

   Больше на нашем сайте …

   Как работают антенны и передатчики?

   Как работают антенны и передатчики? — Объясни это Рекламное объявление

   Криса Вудфорда. Последнее изменение: 6 октября 2021 г.

   Представьте, что вы протягиваете руку и ловите слова, картинки и информация проходит мимо.Вот примерно то, что антенна (иногда называемый антенной) делает: это металлический стержень или блюдо, улавливает радиоволны и превращает их в электрические сигналы, питающие во что-то вроде радио или телевизор или телефонная система. Такие антенны иногда называют приемниками. Передатчик — это антенны другого типа, выполняющие функции, противоположные приемнику: он превращает электрические сигналы в радиоволны, чтобы они могли путешествовать иногда тысячи километров вокруг Земли или даже в космос и назад.Антенны и передатчики — ключ практически ко всем формы современной телефонной связи. Давайте подробнее рассмотрим, что они есть и как они работают!

   Фото: огромная 70-метровая спутниковая антенна Canberra с глубокой тарелкой в ​​Австралии. Фото любезно предоставлено НАСА в палате общин.

   Как работают антенны

   Предположим, вы руководитель радиостанции и хотите транслируйте свои программы в мир. Как вы это делаете?

   Вы используете микрофоны, чтобы улавливать звуки голосов людей и поворачивать их в электрическую энергию.Вы берете это электричество и слабо говоря, заставьте его течь по высокой металлической антенне (усиливая ее мощность много раз, поэтому он будет путешествовать так далеко, как вам нужно, в мир). Как электроны (крошечные частицы внутри атомов) в электрическом токе колеблются взад и вперед вдоль антенны, они создают невидимое электромагнитное излучение в виде радиоизлучения. волны. Эти волны, частично электрические и частично магнитные, распространяются со скоростью света, забирая ваше радио. программа с ними. Что происходит, когда я включаю радио у себя дома в нескольких милях отсюда? Радиоволны, которые вы послали, проходят через металлическую антенну и заставляют электроны покачиваться взад и вперед.Это порождает электрический ток — сигнал о том, что электронные компоненты внутри моего радио снова включается в звук, который я слышу.

   Иллюстрация: Как передатчик посылает радиоволны приемнику. 1) Электричество, поступающее в антенну передатчика, заставляет электроны колебаться вверх и вниз, создавая радиоволны. 2) Радиоволны распространяются по воздуху со скоростью света. 3) Когда волны достигают приемной антенны, они заставляют электроны внутри нее вибрировать. Это производит электрический ток, который воссоздает исходный сигнал.

   Антенны передатчика и приемника часто очень похожи в дизайн. Например, если вы используете что-то вроде спутникового телефона который может отправлять и принимать видео-телефонные звонки в любое другое место на Земле, используя космические спутники, сигналы, которые вы передаете и получаете все проходят через одну спутниковую антенну — особый вид антенны в форме чаши (технически известный как параболический отражатель , потому что блюдо изгибается в форме графика, называемого параболой).

   Фото: параболическая тарелка-рефлектор (1) улавливает приходящие волны и отбрасывает их до концентрирующий «субрефлектор» гораздо меньшего размера над и в центре тарелки (2), из которого они отражается вниз для обработки (3).Такая тарелка также может работать как передатчик, просто посылая радиолучи в обратном направлении. Фотография антенны Сети глубокого космоса любезно предоставлена НАСА.

   Часто, однако передатчики и приемники выглядят по-разному. ТВ или радио радиовещательные антенны — это огромные мачты, иногда растягивающиеся на сотни метров / футов в воздух, потому что они должны посылать мощные сигналы на большие расстояния. (Один из тех, на которые я регулярно настраиваюсь, на Саттон Колдфилд в Англии, мачта имеет высоту 270,5 метра или 887 футов, что соответствует примерно 150 высоким стоящим людям. друг на друга.) Но вам не нужно ничего такого большого на телевизоре или радио дома: антенна гораздо меньшего размера подойдет.

   Волны не всегда проходят по воздуху от передатчика к приемнику. В зависимости от того, какие виды (частоты) волн мы хотим послать, как далеко мы хотим их послать и когда мы хотим это сделать, на самом деле существует три различных способа распространения волн: 1) По линии зрение; 2) земной волной; 3) Через ионосферу.

   Иллюстрация: Как волна распространяется от передатчика к приемнику: 1) По прямой видимости; 2) земной волной; 3) Через ионосферу.

   1. Как мы уже видели, они могут стрелять по прямой линии, так называемой «прямой видимости» — точно так же, как луч света. В старомодных междугородных телефонных сетях микроволновые печи использовались для передачи вызовов таким образом между очень высокими коммуникационными вышками. (волоконно-оптические кабели в значительной степени сделали это устаревшим).

      Фото: Антенны, которые используют связь прямой видимости, должны быть установлены на высоких башнях, как это. Вы можете видеть тонкие диполи антенны, торчащие из верхней части, но большая часть того, что вы видите здесь, — это просто башня, которая держит антенну высоко в воздухе.Фото Пьера-Этьена Куртежуа любезно предоставлено Армией США.

   2. Они могут двигаться вокруг кривизны Земли в так называемой земной волне. AM (средневолновое) радио имеет тенденцию перемещаться по этому пути на короткие и средние расстояния. Это объясняет, почему мы можем слышать радиосигналы за горизонтом (когда передатчик и приемник не находятся в пределах видимости друг друга).
   3. Они могут выстрелить в небо, отразиться от ионосферы (электрически заряженной части верхней атмосферы Земли) и снова спуститься на землю.Этот эффект лучше всего работает ночью, что объясняет, почему удаленные (иностранные) AM-радиостанции намного легче поймать по вечерам. Днем уходящие в небо волны поглощаются нижними слоями ионосферы. Ночью этого не происходит. Вместо этого более высокие слои ионосферы улавливают радиоволны и отбрасывают их обратно на Землю, давая нам очень эффективное «небесное зеркало», которое может помочь переносить радиоволны на очень большие расстояния.
   Рекламные ссылки

   Какой длины должна быть антенна?

   Самая простая антенна представляет собой кусок металлического провода, прикрепленный к радио.Первое радио, которое я когда-либо построил, когда мне было 11 или 12 лет, было кристалл с длинной петлей из медного провода, выступающей в качестве антенны. Я запустил антенна прямо под потолком моей спальни, так что это должно быть всего около 20–30 метров (60–100 футов) в длину!

   Большинство современных транзисторных радиоприемников имеют как минимум две антенны. Один из это длинный блестящий телескопический стержень, который вынимается из корпуса и поворачивается для приема сигналов FM (частотная модуляция). В другое — антенна внутри корпуса, обычно прикрепленная к основному печатная плата, и она принимает сигналы AM (амплитудной модуляции).(Если вы не уверены в разнице между FM и AM, обратитесь к нашей статье о радио.)

   Зачем в радиоприемнике две антенны? Сигналы на этих разные диапазоны волн переносятся радиоволнами разных частота и длина волны. Типичные радиосигналы AM имеют частоту 1000 кГц (килогерц), тогда как типичные FM-сигналы составляют около 100 МГц (мегагерцы) — поэтому они вибрируют примерно в сто раз быстрее. Поскольку все радио волны движутся с одинаковой скоростью (скорость света 300 000 км / с или 186000 миль в секунду), сигналы AM имеют длины волн примерно в сто раз больше, чем FM-сигналы.Вам нужно два антенны, потому что одна антенна не может уловить такие огромные разный диапазон длин волн. Это длина волны (или частота, если вы предпочитаете) радиоволн, которые вы пытаетесь обнаружить, определяет размер и тип антенны, которую вам нужно использовать. Говоря в широком смысле, длина простой (стержневой) антенны должна составлять примерно половину длины волны радиоволны, которые вы пытаетесь получить (также можно сделать антенны на четверть длины волны, компактные миниатюрные антенны, длина которых составляет около одной десятой длины волны, и мембранные антенны, которые еще меньше, хотя мы не будем здесь вдаваться в подробности).

   Длина антенны — не единственное, что влияет на длину волны. ты собираешься забрать; если бы это было, радио с фиксированной длиной антенны может принимать только одну станцию. Антенна подает сигналы в схему настройки. внутри радиоприемника, который предназначен для «фиксации» одной конкретной частоты и игнорирования остальных. Самая простая схема приемника (вроде той, что вы найдете в кристаллическом радио) не что иное, как моток проволоки, диод и конденсатор, и он подает звуки в наушник.Схема реагирует (технически резонирует с , что означает электрические колебания) на частоте, на которую вы настроены. и отбрасывает частоты выше или ниже этого. Регулируя емкость конденсатора, вы меняете резонансную частоту, что настраивает ваше радио на другую станцию. Задача антенны — улавливать энергию проходящих радиоволн, достаточную для того, чтобы цепь резонирует только на нужной частоте.

   Антенны AM и FM: длинное и короткое

   Посмотрим, как это работает для FM.Если я попытаюсь послушать типичный радиовещание на частоте FM 100 МГц (100000000 Гц), волны, несущие мою программу, имеют длину около 3 м (10 футов). Итак, идеал длина антенны составляет около 1,5 м (4 фута), что примерно соответствует длина телескопической антенны FM-радио, когда она полностью выдвинута.

   Фото: Рамочная антенна AM внутри типичного транзисторного радиоприемника. очень компактный и очень направленный. Проволока розового цвета, из которой состоит антенна, намотана на толстый ферритовый сердечник (черный стержень).Обычно, как вы можете видеть здесь, на одном ферритовом стержне расположены две отдельные антенны: одна для AM (средневолновая) и одна для LW (длинноволновая).

   Теперь для AM длины волн примерно в 100 раз больше, так почему же вы этого не делаете? нужна антенна длиной 300 м (0,2 мили), чтобы принимать их? Что ж, вам нужна мощная антенна, вы просто не знаете, что она там есть! АМ-антенна внутри транзисторного радиоприемника работает совсем по-другому. путь к антенне FM снаружи. Где FM-антенна улавливает электрическую часть радиоволны, вместо этого AM-антенна соединяется с магнитной частью .Это очень тонкая проволока (обычно несколько десятков метров) закольцованы вокруг ферритового (магнитного) сердечника, от нескольких десятков до нескольких сотен раз, что в значительной степени концентрирует магнитную часть радиосигналов и создает («индуцирует») более сильный ток в проводе. обернуты вокруг них. Это означает, что такая антенна может быть действительно крошечной и при этом иметь отличную производительность. Без ферритового стержня рамочной антенне требуется намного больше витков провода. (так что тысячи вместо сотен или десятков) или петли проволоки нужно быть намного больше.Поэтому внешние FM-антенны для радиоприемников иногда берут форма большой петли, может быть, 10–20 см (4–8 дюймов) в диаметре или около того.

   Изображение: Вверху: Электромагнитные радиоволны состоят из вибрирующих электрических волн (синий) и магнитных волн (красный), перемещающихся вместе со скоростью света (черная стрелка). Внизу: Слева: FM-антенна улавливает относительно коротковолновую высокочастотную электрическую часть FM-радиоволн. Справа: ферритовая рамочная антенна AM улавливает и концентрирует магнитные составляющие более длинноволновых и низкочастотных электромагнитных волн.

   Пока все хорошо, но как насчет мобильных телефонов? Почему им нужны только короткие и короткие антенны вроде той, что на фото? Мобильные телефоны тоже используют радиоволны, также движущиеся со скоростью света, и с типичной частотой 800 МГц (примерно в десять раз больше, чем FM-радио). Это означает, что их длина волны примерно в 10 раз короче, чем у FM-радио, поэтому им нужно антенна размером примерно в одну десятую. В смартфонах антенна обычно растягивается вокруг внутренней части корпуса. Посмотрим, как это вычисляется: если частота 800 МГц, длина волны 37.5 см (14,8 дюйма), а половина длины волны будет быть 18 см (7,0 дюйма). Мой нынешний смартфон LG имеет длину около 14 см (5,5 дюйма), так что вы можете видеть мы находимся на правильном пути.

   Фото: 1) Эта телескопическая антенна FM-радио выдвигается на длину около 1–2 м (3–6 футов или около того), что примерно вдвое меньше длины радиоволн, которые она пытается уловить. 2) Мобильные телефоны имеют особенно компактные антенны. Более старые (например, Motorola слева) имеют короткие внешние антенны или те, которые выдвигаются телескопически.(Открытая часть антенны — это то, на что указывает мой палец и есть еще одна деталь, которую мы не видим бегущей по краю печатной платы внутри корпуса.) Более новые мобильные телефоны (например, модель Nokia справа) имеют более длинные антенны, полностью встроенные в корпус.

   Другие типы антенн

   Простейшие радиоантенны представляют собой длинные прямые стержни. Много Внутренние телевизионные антенны имеют форму диполя : металлический стержень, разделенный на две части и сложены горизонтально, так что немного похоже на человека, стоящего прямо их руки вытянуты горизонтально.Более изысканный открытый Телевизионные антенны имеют несколько таких диполей, расположенных вдоль центрального опорный стержень. Другие конструкции включают круглые петли из проволоки и конечно, параболические спутниковые тарелки. Почему так много разных дизайнов? Очевидно, что волны, приходящие на антенну от передатчика, абсолютно одинаковы, несмотря ни на что. форма и размер антенны. Другой вид диполей поможет сконцентрировать сигнал, чтобы его было легче обнаружить. Этот эффект можно усилить еще больше, добавив несвязанные «фиктивные» диполи, известные как направляющие и отражатели, которые направляют большую часть сигнала на действительные принимающие диполи.Это эквивалентно усилению сигнала и возможности принимать более слабый сигнал, чем более простая антенна.

   Иллюстрации: Четыре распространенных типа антенн (красные) и места, где они лучше всего воспринимаются (оранжевые): основной диполь, сложенный диполь, диполь и отражатель, а также Яги. Базовая или сложенная дипольная антенна одинаково хорошо улавливает перед своими полюсами или за ними, но плохо на каждом конце. Антенна с отражателем улавливает намного лучше с одной стороны, чем с другой, потому что отражающий элемент (красная дипольоподобная полоса слева) отражает больше сигнала на свернутый диполь справа.Yagi еще больше преувеличивает этот эффект, улавливая очень сильный сигнал с одной стороны и почти не обнаруживая сигнала где-либо еще. Он состоит из множества диполей, отражателей и директоров.

   Важные свойства антенн

   Три характеристики антенн особенно важны, а именно их направленность, усиление и полоса пропускания.

   Направленность

   Диполи очень направленные : они улавливают приходящие радиоволны, идущие в под прямым углом к ​​ним.Вот почему телевизионная антенна должна быть правильно установлен на вашем доме и обращен в правильную сторону, если вы собираетесь получить четкую картину. Телескопическая антенна на FM-радио меньше очевидно направленный, особенно если сигнал сильный: если вы направьте его прямо вверх, он будет улавливать хорошие сигналы от практически любое направление. Ферритовая антенна AM внутри радиоприемника гораздо более направленный. Слушая AM, вы найдете себя нужно повернуть рацию, пока она не улавливает действительно сильный сигнал.(Как только вы найдете лучший сигнал, попробуйте повернуть радио ровно на 90 градусов и обратите внимание на то, как сигнал часто отваливается практически на нет.)

   Хотя высоконаправленные антенны могут показаться болезненными, когда они правильно выровнены, они помогают уменьшить помехи от нежелательных станций или сигналов, близких к той, которую вы пытаетесь обнаружить. Но направленность — не всегда хорошо. Подумайте о своем мобильном телефоне. Вы хотите, чтобы он мог принимать звонки, где бы он ни находился относительно ближайшая телефонная мачта или забирайте сообщения, куда бы он ни указывал, когда он лежит в сумке, так что направленная антенна не годится.То же самое и с GPS-приемником, который сообщает вам, где вы находитесь. с использованием сигналов нескольких космических спутников. Поскольку сигналы приходят из разных спутники, находящиеся в разных местах неба, отсюда следует, что они приходят с разных направлений, так что, опять же, высоконаправленная антенна не была бы такой полезной.

   Усиление

   Коэффициент усиления антенны — это очень техническое измерение, но, в общем, сводится к тому, насколько он увеличивает сигнал. Телевизоры часто принимают слабый, призрачный сигнал даже без антенна подключена.Это потому, что металлический корпус и другие компоненты действуют как основная антенна, не сфокусированная на каком-либо конкретном направление, и по умолчанию подбирает какой-то сигнал. Добавить правильный направленная антенна, и вы получите намного лучший сигнал . Коэффициент усиления измеряется в децибелах (дБ), и (как правило), чем больше коэффициент усиления тем лучше ваш прием. В случае с телевизорами вы получите гораздо больший выигрыш от сложной внешняя антенна (например, с 10–12 диполями в параллельной «решетке»), чем от простого диполя.Все наружные антенны работают лучше, чем комнатные, а также оконные и навесные. имеют больший прирост и работают лучше встроенных.

   Пропускная способность

   Ширина полосы антенны — это диапазон частот (или длины волн, если хотите), на которых он работает эффективно. В чем шире полоса пропускания, тем больше дальность действия различных радиостанций волны, которые вы можете уловить. Это полезно для чего-то вроде телевидения, где вам может понадобиться выбрать много разных каналов, но много менее полезен для телефона, мобильного телефона или спутниковой связи где все, что вас интересует, это очень специфическая радиоволна передача на довольно узком частотном диапазоне.

   Фотографии: Больше антенн: 1) Антенна, которая питает RFID-метку, вставленную в библиотечную книгу. Схема внутри него не имеет источника питания: она получает всю свою энергию от приходящих радиоволн. 2) Дипольная антенна внутри карты Wi-Fi для беспроводного Интернета PCMCIA. Он работает с радиоволнами 2,4 ГГц с длиной волны 12,5 см, поэтому его длина должна составлять всего около 6 см.

   Кто изобрел антенны?

   На этот вопрос нет простого ответа, потому что радио превратилось в полезный технологии через вторую половину XIX века благодаря работе довольно несколько разных людей — как ученых-теоретиков, так и экспериментаторов-практиков.

   Кто были эти пионеры? Шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл разработал теорию радио примерно в 1864 году. и Генрих Герц доказал, что радиоволны действительно существовали примерно 20 лет спустя (они были некоторое время спустя назвал в его честь волны Герца). Несколько лет спустя, на встрече в Оксфорде, Англия, 14 августа 1894 года, английский физик, Оливер Лодж , продемонстрировал, как радиоволны могут использоваться для передачи сигналов. из одной комнаты в другую в том, что он позже описал (в своей автобиографии 1932 года) как «очень инфантильный вид радиотелеграфии.» Лодж подал патент США на «электрический телеграф» 1 февраля 1898 года, описывая устройство для «оператора» с помощью того, что сейчас известно как «телеграфия на волнах Герца» для передачи сообщений через космос на любой один или несколько из множества различных люди в разных местах … «Неизвестный Лоджу на том этапе Гульельмо Маркони проводил свои собственные эксперименты в Италии примерно в то же время — и в конечном итоге оказался лучшим шоуменом: многие люди думают о нем как о «изобретателем радио» по сей день, тогда как, по правде говоря, он был только одним из группы дальновидных людей, которые помог превратить науку об электромагнитных волнах в практическую технологию, меняющую мир.

   Иллюстрация: иллюстрация Оливера Лоджа посылки радиоволн через космос от передатчика (красный) к приемнику (синий) на некотором расстоянии, взятая из его патента 1898 года US 609,154: Electric Telegraphy. Предоставлено Бюро по патентам и товарным знакам США.

   Ни в одном из первоначальных радиоэкспериментов не использовались передатчики или приемники, которые мы бы сразу узнали сегодня. Герц и Лодж, например, использовали часть оборудования, называемую генератором искрового разрядника: пара цинковых шариков, прикрепленных к коротким отрезкам медной проволоки с воздушным зазором между ними.Лодж и Маркони использовали когереры Бранли (стеклянные трубки, заполненные металлическими опилками) для обнаружения передаваемых ими волн. и получил, хотя Маркони счел их «слишком неустойчивыми и ненадежными» и в конце концов разработал свой собственный детектор. Вооружившись этим новым оборудованием, он проводил систематические эксперименты, выясняя, как высота антенны влияет на расстояние, на которое он может передавать сигнал.

   А остальное, как говорится, уже история!

   Рекламные ссылки

   Узнать больше

   На этом сайте

   Книги

   • Справочник по проектированию антенн Джона Л.Волакис (ред.). McGraw-Hill, 2018. Огромное, исчерпывающее, теоретическое и практическое руководство по всем распространенным типам антенн.
   • Теория антенн: анализ и проектирование Константина А. Баланиса. Wiley, 2016. Хорошее общее теоретическое введение, предназначенное для студентов, изучающих физику и электротехнику. Не совсем подходит для начинающих — и вам понадобится хорошее понимание математики.
   • Маленькие антенны: методы и приложения миниатюризации Джон Л. Волакис и др. МакГроу-Хилл, 2010.Ознакомьтесь с теорией и практическим дизайном небольших антенн для мобильных телефонов, RFID и других приложений.
   • Теория и практика антенн Раджешвари Чаттерджи. New Age International, 2006.

   Статьи

   • Ни одна антенна не сможет выжить в жестокой радиоактивной среде Европы — до сих пор Насер Э. Чахат, IEEE Spectrum, 21 июля 2021 г. Как вы проектируете антенны для экстремальных условий космоса?
   • Крошечные мембранные антенны Чарльза К. Чоя. IEEE Spectrum, 22 августа 2017 г.Современные антенны теперь можно уменьшить до 1/000 длины волны, которая им необходима.
   • Настраиваемые антенны из жидкого металла для настройки на что угодно. Автор Александр Хеллеманс. IEEE Spectrum, 19 мая 2015 г. Какие антенны нам понадобятся для высокочастотных и коротковолновых радиоприложений в будущем?
   • Патент Apple, умно скрывающий антенну в клавиатуре, автор — Кристина Боннингтон. Wired, 17 августа 2011 г. Как клавиатуры Apple скрывают антенны беспроводной связи под клавишами.
   • Внутри лаборатории разработки антенн Apple, Брайан Х. Чен. Wired, 16 июля 2010 г. Экскурсия по секретной лаборатории Apple по тестированию антенн.
   • Rabbit Ears Perk Up for Free HDTV от Мэтта Рихтела и Дженны Уортэм. The New York Times, 5 декабря 2010 г. Зрители, уставшие от цен на кабельное телевидение, вновь открывают для себя радость устаревших антенн и бесплатного телевидения.
   • Повышение сигнала для мобильных телефонов: BBC News, 22 апреля 2008 г. Как оксфордские ученые разработали более сложную антенну для мобильного телефона.
   • По мере того, как автомобили становятся более связными, скрытие антенн становится труднее, Иван Бергер. The New York Times, 14 марта 2005 г. ..
   • Взлом трубки Pringles, Марк Уорд, BBC News, 8 марта 2002 г. Интересная новость, объясняющая, как хакеры использовали направленные антенны, сделанные из трубок Pringles, для взлома беспроводных сетей.
   • Что вы должны знать о телевизионных антеннах Роберт Херцберг, Popular Science, декабрь 1950 г. Эта старая статья из архивов Popular Science остается очень ясным и актуальным введением в конструкцию антенн.

   Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

   статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

   Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2008, 2018. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

   Следуйте за нами

   Сохранить или поделиться этой страницей

   Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

   Цитировать эту страницу

   Вудфорд, Крис.(2008/2018) Антенны и передатчики. Получено с https://www.explainthatstuff.com/antennas.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

   Больше на нашем сайте …

   Руководство для новичков о том, как работает антенна

   Возможность подключения в нашем мире поистине удивительна. Многие из нас считают само собой разумеющимся изощренность отправки сообщений по всему миру с поразительной скоростью.

   Большая часть технологического мира обязана своим нынешним состоянием существованию антенн.Мы собираемся дать вам руководство для начинающих по изучению антенн. Надеюсь, мы сможем понять их важность и ценность.

   Понимание того, как работает антенна, может открыть двери для понимания более широкого спектра современных средств массовой информации. Приступим:

   Как работает антенна: Руководство для начинающих

   Для начала мы поговорим об основных функциях антенн на простом примере. Мы рассмотрим другие приложения после того, как определим основные процессы антенн.

   Хотя глобальное взаимодействие — сложный процесс, основы радиосвязи относительно просты и лежат в основе всей системы. Итак, начнем с основ.

   Передатчики и приемники

   В основе радиосвязи лежит использование передатчиков и приемников. Сигналы отправляются от передатчика и движутся по пути к приемнику, который принимает сигнал и модулирует его, чтобы восстановить сообщение.

   Оба этих устройства состоят из разных частей, всегда включая антенну.Антенна, которая может потребоваться для приема спутникового телевидения, автомобильного радио или чего-либо еще, является приемником.

   Размер, форма и область применения этих антенн будут зависеть от целей отправителя и расстояния, на которое должен пройти сигнал.

   Основы передачи

   Фактический процесс передачи включает в себя несколько технических идей, и обычно люди предпочитают прекращать обучение. Однако мы заверяем вас, что понять основы не так уж сложно.

   Чтобы передатчик мог посылать сигнал через антенну, через антенну должен проходить электрический ток и генерировать магнитное поле. Вместо того, чтобы просто посылать сигнал на определенной частоте, антенна отправляет сигналы, модулированные либо по частоте, либо по амплитуде.

   Частотная модуляция (FM) и амплитудная модуляция (AM) — два наиболее распространенных способа упаковки информации в радиоволнах.

   Когда вы разбиваете частоту вашей любимой радиостанции, вы замечаете, что, скажем, на канале 99 содержится много информации.9 на стереосистеме.

   Сигнал модулируется так, чтобы содержать монофоническую звуковую информацию (левый и правый динамики), пилот-сигнал, информацию о подавленной несущей AM и текстовую информацию.

   Прием

   Этот модулированный сигнал передается по воздуху, распространяется на очень определенных длинах волн и принимается антенной, которую вы используете.

   Сигнал с информацией называется сигналом несущей. Когда сигнал был модулирован и передан в эфир, мы называем его сигналом несущей, потому что он несет информацию вместе с ним.

   Так же, как сигнал должен быть модулирован, чтобы стать сигналом несущей, он должен быть демодулирован, когда он достигает приемника. Другими словами, сигнал сводится к соответствующей информации.

   Затем эта информация передается в аудиосистему вашего автомобиля и отправляется через акустическую систему. Когда дело доходит до других видов мультимедиа, таких как видео, сигнал должен быть оцифрован.

   Как перемещаются волны

   Есть несколько способов, которыми радиоволны могут парить в воздухе.

   Некоторые волны проходят прямо от передатчика к приемнику. Это просто называется «прямой видимостью». Микроволны использовались для передачи телефонных звонков в режиме прямой видимости.

   Линия прямой видимости была фактически устранена в 60-х годах, когда оптоволоконные кабели были основным методом передачи телефонных звонков. Волоконно-оптические кабели кодируют информацию в луч света, который проходит через стеклянную трубу.

   Сигналы, отправляемые на низких частотах, чаще всего АМ-станции, для работы полагаются на использование распространения земной волны.Сигналы земных волн используют пространство между Землей и ионосферой Земли для передачи сигналов.

   Эти земные волны могут распространяться на большие расстояния при использовании в более низких частотах спектра. Ряд сигналов должен зависеть от передачи земной волны, потому что некоторые волны испытывают прерывание из-за воздействия света на D-область ионосферы.

   Воздействие ионосферы

   Последний метод, который мы обсудим, — это использование ионосферы для направления и усиления сигналов.Ионосфера — это электрически заряженный слой атмосферы нашей планеты, который сильно влияет на распространение радиосигналов на огромные расстояния.

   Ионосфера является домом для свободных электронов, которые помогают отражать сигналы и позволяют передавать сообщения по всему земному шару. Чтобы помочь вам представить себе важность ионосферы, представьте наш мир до появления спутников.

   Спутники летают по нашему небу и принимают, а затем передают сигналы обратно, используя свой прицел для отправки сообщений на расстояния, которые наши предки никогда не могли себе представить.

   Когда вы представляете себе путь сообщения, оно поднимается вверх, вероятно, под углом, принимается, а затем передается получателю. Он образует своего рода треугольник, основание которого может охватывать более половины земного шара.

   Ионосфера выполняет аналогичную роль. Представьте, что у вас есть сообщение, которое вы можете отправить так далеко, как захотите, но только в одном направлении без влияния гравитации. Другими словами, вы могли бы направить это послание на своего друга в Ирландии, но в конечном итоге оно вылетело бы прямо на край кривизны Земли и сбилось бы с пути.

   Ионосфера позволяет вам эффективно «пропустить» это сообщение с точки в небе обратно туда, где находится ваш друг. До появления спутниковой технологии мы использовали этот метод для организации первых трансляций по всему миру.

   Хотите узнать больше?

   Понимание того, как работает антенна, — важный первый шаг к пониманию того, как устроен наш мир. Это довольно сложная система, в которой мы живем, и мы сможем лучше ориентироваться в ней, если попытаемся сломать ее и разобраться в ней.

   Посетите наш сайт для получения дополнительной информации о спутниковых технологиях!
   

   Передача антенны — обзор

   7.3.1 Многоантенная передача на основе прекодера для PUSCH

   Как показано на рисунке 7.18, структура предварительного кодирования антенны восходящего канала очень похожа на структуру предварительного кодирования антенны нисходящего канала (раздел 6.3) , включая наличие предварительно кодированного DM-RS (по одному на уровень), аналогичного предварительному кодированию нисходящей линии связи, не основанному на кодовой книге (рисунок 6.18). Предварительное кодирование антенны восходящей линии связи поддерживает передачу с использованием до четырех антенных портов, что позволяет осуществлять пространственное мультиплексирование до четырех уровней.

   Рисунок 7.18. Многоантенная передача на основе прекодера для восходящей линии связи LTE.

   Принципы отображения символов модуляции на уровни такие же, как и для нисходящей линии связи. Для начальной передачи существует один транспортный блок в случае одного уровня и два транспортных блока для более чем одного уровня, как показано на рисунке 7.19. Подобно нисходящей линии связи, в случае повторной передачи с гибридным ARQ, в некоторых случаях один транспортный блок также может передаваться на нескольких уровнях.

   Рисунок 7.19. Отображение транспортного канала на уровень восходящей линии связи (начальная передача).

   Как видно на рисунке 7.18, предварительное кодирование DFT фактически происходит после отображения уровней, то есть каждый уровень предварительно кодируется отдельно с помощью DFT. Для упрощения описания это было не заметно на рисунке 7.1, на котором показана общая обработка транспортного канала физического уровня.

   Также можно отметить, что, в отличие от рисунка 6.19, прекодер на рисунке 7.18 не закрашен. Как обсуждалось в разделе 6.3.3, для предварительного кодирования нисходящей линии связи, не основанного на кодовой книге, прекодирующая часть отображения антенны не видна в спецификации, и сеть, по сути, может применять произвольное предварительное кодирование для передачи по нисходящей линии связи. Благодаря использованию предварительно кодированного DM-RS устройство может восстанавливать различные уровни, не зная точно, какое предварительное кодирование было применено на переданной стороне.

   То же самое верно и для восходящей линии связи — то есть наличие предварительно кодированного DM-RS позволит базовой станции демодулировать передачу с множеством антенн восходящей линии связи и восстановить различные уровни без знания предварительного кодирования, происходящего в передатчике. боковая сторона.Однако для LTE матрица прекодера восходящей линии связи выбирается сетью и передается на устройство как часть разрешения на планирование. Затем устройство должно следовать матрице прекодера, выбранной сетью. Таким образом, в восходящей линии связи прекодер виден в спецификации, и, чтобы ограничить сигнализацию нисходящей линии связи, существует ограниченный набор матриц прекодера, определенных для каждого ранга передачи.

   Более конкретно, для каждой комбинации ранга передачи N _L и количества портов антенн N _A , набор матриц прекодера размером N _A × N _L составляет определены, как показано в таблицах 7.1 и 7.2 для двух и четырех антенных портов соответственно. Для полноранговой передачи, то есть когда ранг передачи или количество уровней равно количеству передающих антенн, определяется только одна матрица прекодера, а именно единичная матрица размером N _A × N _A (в таблицах не показан). Обратите внимание, что для случая четырех антенных портов отображается только подмножество определенных матриц. Всего существует 24 матрицы ранга 1, 16 матриц ранга 2 и 12 матриц ранга 3, определенных для четырех антенных портов, в дополнение к одной матрице ранга 4.

   Таблица 7.1. Матрицы прекодера восходящего канала для двух портов антенны

   9057 905 ]

   Ранг передачи	Индекс кодовой книги
   	0	1	2	3	4	5
   12 [1-1]	12 [1j]	12 [1-j]	12 [10]	12 [01]
   2	12 [1001]	—	—	—	—	—

   Таблица 7.2. Подмножество матриц прекодера восходящего канала для четырех портов антенны и различных рангов передачи

   01]

   Рейтинг передачи	Индекс кодовой книги
   	0	1	2	3	9057 9057 9057	12 [111-1]	12 [11jj]	12 [11-11]	12 [11 − j − j]	…
   2	12 [1010010 − j]	12 [1010010j]	12 [10 − j00101]	12 [10 − j0010−1]	…
   3	12 [100100010001]	12 [100-100010001]	[100-100010001]	[100-100010001]
   12 [100010−100001]	…
   4	12 [1000010000100001]	—	—	—	…

   Матрицы в виде таблицы в предварительном виде 7.1 содержат один и только один ненулевой элемент в каждой строке, и это обычно верно для всех матриц прекодера, определенных для восходящей линии связи. Как следствие, сигнал, передаваемый через определенный порт антенны (соответствующий определенной строке матрицы прекодера), всегда зависит от одного и только одного конкретного уровня (соответствующего определенному столбцу матрицы прекодера). Выражаясь альтернативно, матрица прекодера отображает уровни на антенные порты , причем не более одного уровня отображается на каждый антенный порт .Благодаря этому хорошие кубические характеристики передаваемого сигнала также сохраняются для каждого антенного порта, когда применяется предварительное кодирование антенны. Матрицы прекодера из таблиц 7.1 и 7.2 поэтому также упоминаются как сохраняющие кубическую метрику матрицы прекодера .

   Чтобы выбрать подходящий прекодер, сети нужна информация о восходящем канале. Такая информация может, например, быть основана на измерениях SRS восходящей линии связи (раздел 7.2.2). Как показано на рисунке 7.20 SRS передаются без предварительного кодирования, то есть напрямую через разные порты антенны. Таким образом, полученный SRS отражает канал каждого антенного порта, не включая какое-либо предварительное кодирование. Таким образом, на основе принятого SRS сеть может принять решение о подходящем ранге передачи восходящей линии связи и соответствующей матрице прекодера восходящей линии связи и предоставить информацию о выбранном ранге и матрице прекодера как часть разрешения на планирование.

   Рисунок 7.20. Иллюстрация SRS, переданного после предварительного кодирования антенны восходящей линии связи .

   В предыдущем абзаце предполагалось то же количество антенных портов для PUSCH, что и для SRS. Это актуальная ситуация, и в этом случае SRS используется для помощи в выборе матрицы предварительного кодирования, как обсуждалось в предыдущих параграфах. Однако бывают также ситуации, когда SRS и PUSCH используют разных номеров портов антенны. Одним из примеров является двухуровневая передача по восходящей линии связи (два антенных порта), где eNodeB хотел бы использовать SRS для проверки канала на предмет потенциальной четырехуровневой передачи.В этом случае SRS передается на различных наборах антенных портов, отличных от PUSCH, чтобы помочь eNodeB оценить преимущества переключения на четырехуровневую передачу, если таковые имеются.

   7.3.2 Многопользовательский MIMO восходящего канала

   Как описано в разделе 6.3.5, многопользовательский MIMO нисходящего канала (MU-MIMO) подразумевает передачу по нисходящему каналу на разные устройства с использованием одного и того же частотно-временного ресурса и в зависимости от доступности нескольких антенн, по крайней мере, на стороне сети, чтобы подавить помехи между передачами.Термин MU-MIMO возник из-за сходства с SU-MIMO (пространственное мультиплексирование).

   MU-MIMO восходящего канала по сути то же самое, но для направления передачи восходящего канала, то есть MU-MIMO восходящего канала подразумевает передачу восходящего канала от нескольких устройств с использованием одного и того же частотно-временного ресурса восходящего канала и полагаясь на доступность нескольких приемных антенн на базовой станции для разделения двух или более передач. Таким образом, MU-MIMO — это просто еще один термин для восходящей линии множественного доступа с пространственным разделением каналов (SDMA).

   На самом деле, в восходящем канале связь между MU-MIMO и SU-MIMO (пространственное мультиплексирование) еще более тесная. Пространственное мультиплексирование восходящей линии связи, например, с двумя антенными портами и двумя уровнями, подразумевает, что устройство передает два транспортных блока с одним транспортным блоком, передаваемым на каждом уровне и, следовательно, на каждом антенном порте, ¹⁴ , как показано в левой части рисунка 7.21. Как показано в правой части рисунка, MU-MIMO по существу эквивалентен разделению двух антенн на два разных устройства и передаче одного транспортного блока от каждого устройства.Обработка базовой станции для разделения двух передач может быть по существу идентична обработке, используемой для разделения двух уровней в случае пространственного мультиплексирования. Следует отметить, что разделение двух передач на стороне приемника может быть упрощено или, по крайней мере, возможные средства для достижения этого разделения могут быть расширены, если два устройства хорошо разделены в пространстве, что не относится к двум. антенны, подключенные к тому же устройству. Например, для достаточно разделенных устройств классическое формирование луча, основанное на коррелированных приемных антеннах, может использоваться для разделения передач восходящей линии связи.В качестве альтернативы могут использоваться некоррелированные приемные антенны, и тогда средства разделения по существу такие же, как для SU-MIMO.

   Рисунок 7.21. SU-MIMO и MU-MIMO.

   Одним из важных преимуществ MU-MIMO восходящей линии связи является то, что во многих случаях можно получить такой же выигрыш в пропускной способности системы , что и SU-MIMO (пространственное мультиплексирование), без необходимости использования нескольких передающих антенн на стороне устройства, что позволяет уменьшить сложная реализация устройства. Однако следует отметить, что пространственное мультиплексирование может по-прежнему обеспечивать существенный выигрыш с точки зрения пропускной способности пользователя и пиковых скоростей передачи данных, которые могут быть обеспечены с одного устройства.Кроме того, потенциальные преимущества системы MU-MIMO восходящей линии связи зависят от того факта, что более одного устройства фактически доступно для передачи в подкадре. Процесс «спаривания» устройств, которые должны совместно использовать частотно-временные ресурсы, также нетривиален и требует подходящих условий радиоканала.

   По сути, для поддержки MU-MIMO восходящей линии связи требуется только возможность явно назначить конкретный ортогональный опорный сигнал для восходящей передачи, тем самым обеспечивая ортогональность между передачами опорных сигналов от различных устройств, участвующих в передаче MU-MIMO.Как описано в разделе 7.2.1.5, это поддерживается посредством динамического назначения чередования фаз DM-RS и OCC как части разрешения планирования восходящей линии связи.

   7.3.3 Разнесение передачи PUCCH

   Многоуровневая передача на основе прекодера используется только для передачи данных восходящей линии связи по PUSCH. Однако в случае устройства с несколькими передающими антеннами очевидно, что нужно использовать полный набор антенн устройства и соответствующие усилители мощности устройства также для сигнализации управления L1 / L2 на PUCCH, чтобы иметь возможность использовать полный ресурс мощности. и добиться максимального разнообразия.Для достижения дополнительного разнесения в версии 10 LTE также была представлена ​​возможность разнесения передачи с двумя антеннами для PUCCH. Более конкретно, разнесение передачи, поддерживаемое для PUCCH, упоминается как разнесение передачи пространственных ортогональных ресурсов (SORTD).

   Основной принцип SORTD заключается в простой передаче управляющих сигналов восходящей линии связи с использованием различных ресурсов (времени, частоты и / или кода) на разных антеннах. По сути, передачи PUCCH от двух антенн будут идентичны передачам PUCCH от двух разных устройств, использующих разные ресурсы.Таким образом, SORTD создает дополнительное разнесение, но достигает этого за счет использования вдвое большего количества ресурсов PUCCH по сравнению с передачей без SORTD.

   Для четырех физических антенн на устройстве используется зависящая от реализации виртуализация антенны . По сути, прозрачная схема используется для отображения сигнала с двумя портами антенны на четыре физические антенны.

   Как передаются радиочастотные сигналы? Давайте поговорим об оборудовании

   Wi-Fi — это передача данных, передача информации между двумя или более компонентами.Для успешного общения есть три основных требования:

   • Два или более устройства, которые хотят обмениваться данными
   • Средство, средство или метод, с помощью которого они могут общаться
   • Свод правил

   Многие компоненты способствуют успешной передаче и приему радиочастотных сигналов, но я остановлюсь на ключевых компонентах.

   • Во-первых, есть передатчик, который начинает радиочастотную связь. Передатчик принимает исходные данные и модифицирует сигнал, используя метод модуляции, чтобы кодировать данные в сигнал.Передатчик также отвечает за определение уровня мощности волны, который в конечном итоге регулируется местными властями (такими как FCC в США).
   • Затем антенна собирает сигнал, который она принимает от передатчика, и направляет радиочастотные волны от антенны. По мере того, как радиочастотные волны удаляются от передающей антенны, они движутся к другой антенне, прикрепленной к приемнику, которая является последним компонентом беспроводной среды. Приемник принимает сигнал, полученный от антенны, преобразует модулированные сигналы и передает их для обработки.

   Сигнал часто изменяется во время передачи между двумя антеннами из-за помех и других характеристик РЧ.

   Итак, главный вопрос: будет ли РЧ-связь работать между всеми основными компонентами? Хотя я не буду вдаваться в подробные ВЧ-расчеты, важно выделить несколько практических применений ВЧ-измерения.

   Многие поставщики Wi-Fi определяют качество сигнала с помощью термина, называемого отношением сигнал / шум (SNR). SNR — это разница между принятым сигналом и уровнем фонового шума.Передача данных может быть нарушена из-за очень низкого отношения сигнал / шум, что означает, что ваше общение или передача данных через Wi-Fi не будет работать очень хорошо.

   Уровень мощности радиосигнала, необходимый для успешного приема радиоприемником, называется чувствительностью приема. Чем ниже уровень мощности, который приемник может успешно обработать, тем выше чувствительность приема. Все эти радиочастотные компоненты и измерения определяют качество работы Wi-Fi при подключении мобильного устройства к точке беспроводного доступа.

   radio: Передача и прием радиоволн

   Для распространения и перехвата радиоволн используются передатчик и приемник. Радиоволна действует как носитель информационных сигналов; информация может быть закодирована непосредственно в волне, периодически прерывая ее передачу (как в пунктирной телеграфии), или наложена на нее с помощью процесса, называемого модуляцией. Фактическая информация в модулированном сигнале содержится в его боковых полосах или частотах, добавленных к несущей, а не в самой несущей волне.Два наиболее распространенных типа модуляции, используемых в радио, — это амплитудная модуляция (AM) и частотная модуляция (FM). Частотная модуляция сводит к минимуму шум и обеспечивает большую точность воспроизведения, чем амплитудная модуляция, которая является более старым методом вещания. И AM, и FM являются аналоговыми системами передачи, то есть они преобразуют звуки в непрерывно изменяющиеся шаблоны электрических сигналов, напоминающие звуковые волны. Цифровое радио использует систему передачи, в которой сигналы распространяются как дискретные импульсы напряжения, то есть как последовательности чисел; перед передачей аналоговый аудиосигнал преобразуется в цифровой, который может передаваться в диапазоне частот AM или FM.Цифровое радиовещание обеспечивает прием и воспроизведение с качеством компакт-диска в диапазоне FM и прием и воспроизведение с качеством FM в диапазоне AM.

   В наиболее распространенной форме радио используется для передачи звуков (голос и музыка) и изображений (телевидение). Звуки и изображения преобразуются в электрические сигналы микрофоном (звуки) или видеокамерой (изображения), усиливаются и используются для модуляции несущей волны, которая генерируется схемой генератора в передатчике.Модулированная несущая также усиливается, а затем подается на антенну, которая преобразует электрические сигналы в электромагнитные волны для излучения в космос. Такие волны излучаются со скоростью света и передаются не только по линии прямой видимости, но и при отклонении от ионосферы.

   Приемные антенны улавливают часть этого излучения, преобразуют его обратно в форму электрических сигналов и передают на приемник. Самая эффективная и наиболее распространенная схема выбора и усиления радиочастоты, используемая в радиоприемниках, — это супергетеродин.В этой системе входящие сигналы смешиваются с сигналом гетеродина для получения промежуточных частот (ПЧ), которые равны арифметической сумме и разности входящих и местных частот. Одна из этих частот подается на усилитель. Поскольку усилитель ПЧ работает на одной частоте, а именно на промежуточной частоте, он может быть построен с оптимальной селективностью и коэффициентом усиления. Регулятор настройки на радиоприемнике регулирует частоту гетеродина. Если входящие сигналы превышают порог чувствительности приемника и если приемник настроен на частоту сигнала, он усилит сигнал и подаст его в схемы, которые его демодулируют, т.е.е., отделите саму сигнальную волну от несущей.

   Между приемниками AM и FM есть определенные различия. При передаче AM несущая волна имеет постоянную частоту и изменяется по амплитуде (силе) в зависимости от звуков, поступающих в микрофон; в FM несущая постоянна по амплитуде и изменяется по частоте. Поскольку шум, влияющий на радиосигналы, частично, но не полностью, проявляется в вариациях амплитуды, широкополосные FM-приемники по своей природе менее чувствительны к шуму.В FM-приемнике каскады ограничителя и дискриминатора представляют собой схемы, которые реагируют исключительно на изменения частоты. Остальные каскады FM-приемника аналогичны таковым из AM-приемника, но требуют большей осторожности при проектировании и сборке, чтобы в полной мере использовать преимущества FM. FM также используется в звуковых системах телевидения. Как в радио, так и в телевизионных приемниках, как только основные сигналы отделены от несущей, они подаются на громкоговоритель или устройство отображения (теперь обычно это жидкокристаллический дисплей), где они преобразуются в звуковые и визуальные изображения, соответственно.

   Колумбийская электронная энциклопедия, 6-е изд. Авторское право © 2012, Columbia University Press. Все права защищены.

   См. Другие статьи в энциклопедии: Электротехника

   Страница не найдена — Khoury College Development

   В мире, где информатика (CS) присутствует повсюду, CS для всех.CS пересекает все дисциплины и отрасли.

   Колледж компьютерных наук Хури стремится к созданию и развитию разнообразной инклюзивной среды.

   Первый в стране колледж компьютерных наук, основанный в 1982 году, Khoury College вырос в размерах, разнообразии, образовательных программах и передовых исследовательских достижениях.

   В наших региональных кампусах, расположенных в промышленных и технологических центрах, Khoury College предлагает сильные академические программы в ярких городах для жизни, работы и учебы.

   Колледж Хури — это сообщество людей, посвятивших себя обучению, наставничеству, консультированию и поддержке студентов по каждой программе.

   Программы награждения колледжей и университетов проливают свет на выдающихся преподавателей, студентов, выпускников и партнеров по отрасли.

   Наши исследования в реальном мире, выдающиеся преподаватели, выдающиеся спикеры, динамичные выпускники и разнообразные студенты рассказывают свои истории и попадают в новости.

   В колледже Хури обучение происходит в классе и за его пределами. Мероприятия в нашей сети кампусов обогащают образовательный опыт.

   Информатика повсюду.Студенты колледжа Хури занимаются соответствующей работой, исследованиями, глобальными исследованиями и опытом оказания услуг, которые помогают им расти.

   Студенты магистратуры углубляют свои знания благодаря проектной работе, профессиональному опыту работы и научным сотрудникам.

   Работа над исследованиями с преподавателями занимает центральное место в опыте докторантуры.Докторанты колледжа Хури также могут заниматься исследованиями вместе с партнерами по отрасли.

   Преподаватели и студенты колледжа Хури проводят эффективную работу по различным дисциплинам. Обладая широтой областей исследований, мы каждый день решаем новые проблемы в сфере технологий.

   Наши институты и исследовательские центры объединяют ведущих академических, промышленных и государственных партнеров, чтобы использовать мощь вычислений.

   Исследовательские проекты, разработанные и возглавляемые преподавателями мирового класса Khoury College, привлекают студентов и других исследователей к получению новых знаний.

   Исследовательские лаборатории и группы сосредотачиваются на наборе проблем в конкретном контексте, предлагая исследования и сотрудничество.

   Эта новая инициатива направлена ​​на устранение рисков для конфиденциальности и личных данных коллективными усилиями на низовом уровне с упором на прозрачность и подотчетность.

   Современные помещения, бесшовные системы, инновационные лаборатории и помещения позволяют нашим преподавателям и студентам проводить передовые исследования.

   Колледж Хури гордится нашим коллективным и инклюзивным сообществом. Каждый день мы стремимся создавать программы, которые приветствуют самых разных студентов в CS.

   Более 20 компьютерных клубов в колледже Хури и Северо-Востоке предлагают что-то для каждого студента.Мы всегда рады новым членам на всех уровнях.

   Студенты учатся в современных классах, конференц-залах для совместной работы, а также в ультрасовременных лабораториях и исследовательских центрах.

   Сети обеспечивают безопасную и бесперебойную работу кода, современное и надежное оборудование, а наша квалифицированная системная команда управляет поддержкой и обновлениями.

   Заинтригованы колледжем Хури и высшим образованием на северо-востоке? Начните здесь, чтобы увидеть общую картину — академические науки, экспериментальное обучение, студенческую жизнь и многое другое.

   Готовы сделать следующий шаг в технической карьере? Наши магистерские программы сочетают в себе академическую строгость, высокое качество исследований и значимые возможности для получения опыта.

   Добро пожаловать в магистерскую программу Align, предназначенную для людей, готовых добавить информатику (CS) к своим навыкам или переключиться на новую карьеру в сфере технологий.

   Будучи аспирантом Хури, вы погрузитесь в строгий учебный план, будете сотрудничать с известными преподавателями и окажете влияние в выбранной вами области исследования.

   Где бы вы ни находились на пути бакалавриата Хури, у нас есть консультанты, ресурсы и возможности, которые помогут вам добиться успеха и сделать информатику для всех.

   Где бы вы ни находились в аспирантуре Хури, наши консультанты, информационные ресурсы и возможности помогут вам выработать индивидуальный путь.

   На любом этапе пути Align — и в любом из наших университетских городков — консультанты, ресурсы и возможности Khoury поддержат ваш путь к карьере в сфере технологий.

   Консультанты и преподаватели помогут вам сориентироваться в аспирантуре в колледже Хури — от исследовательских пространств и междисциплинарных проектов до студенческой жизни и ресурсов.

   Преподаватели и сотрудники вносят исключительный вклад в Колледж Хури — и в будущее информатики.